DE202017106164U1

DE202017106164U1 - Zellstrukturen mit zwölfeckigen Zellen

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Publication number: DE202017106164U1
Application number: DE202017106164.7U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-10-12
Filing date: 2017-10-11
Publication date: 2017-10-20
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: CN207790854U; US20180099475A1

Abstract

Zellstruktur, umfassend: eine Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle aus der Vielzahl von Zellen einen zwölfeckigen Querschnitt hat, der acht Seiten, die jeweils eine erste Querschnittslänge aufweisen, und vier Seiten aufweist, die jeweils eine zweite Querschnittslänge aufweisen, die sich von der ersten Querschnittslänge unterscheidet.

Description

VERWANDTE ANWENDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung ist verwandt mit der US-Patentanmeldung 15/291,465 (Aktenzeichen des Anwalts: 83714493) mit dem Titel „CELLULAR STRUCTURES WITH TWELVE-CORNERED CELLS“, die am selben Datum wie die vorliegende eingereicht wurde; deren gesamter Inhalt hier vollumfänglich durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die vorliegende Anmeldung ist außerdem verwandt mit: der US-Patentanmeldung Nr. 15/138,465 (Aktenzeichen des Anwalts: 83592732) mit dem Titel „CELLULAR STRUCTURES WITH TWELVE-CORNERED CELLS“, die am 26. April 2016 eingereicht wurde; der US-Patentanmeldung Nr. 15/138,466 (Aktenzeichen des Anwalts: 83642584) mit dem Titel „CELLULAR STRUCTURES WITH TWELVE-CORNERED CELLS“, die am 26. April 2016 eingereicht wurde; der US-Geschmacksmusteranmeldung Nr. 29/562,441 (Aktenzeichen des Anwalts: 83642594) mit dem Titel „CELLULAR STRUCTURE“, die am 26. April 2016 eingereicht wurde; der US-Geschmacksmusteranmeldung Nr. 29/562,443 (Aktenzeichen des Anwalts: 83642608) mit dem Titel „CELLULAR STRUCTURE“, die am 26. April 2016 eingereicht wurde; der US-Geschmacksmusteranmeldung Nr. 29/562,442 (Aktenzeichen des Anwalts: 83672287) mit dem Titel „REPEATING CELLULAR PATTERN“, die am 26. April 2016 eingereicht wurde; und der US-Geschmacksmusteranmeldung Nr. 29/562,439 (Aktenzeichen des Anwalts: 83672511), mit dem Titel „REPEATING CELLULAR PATTERN“, die am 26. April 2016 angemeldet wurde, wobei die gesamten Inhalte jedes davon hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Zellstruktur für eine Strukturkomponente. Die vorliegende Offenbarung betrifft im Besonderen eine Zellstruktur mit einer Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle einen aus zwölf Seiten und zwölf Ecken gebildeten Querschnitt hat.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es ist wünschenswert, für eine Strukturkomponente die Energieabsorption bei Aufprall und den Biegewiderstand zu maximieren, während die längenbezogene Masse der Strukturkomponente minimiert wird. Wenn eine Druckkraft auf eine Strukturkomponente (z. B. eine Kraft aus einem Zusammenstoß, einer Explosion, einem Projektil usw.) ausgeübt wird, kann sich die Strukturkomponente in einer Richtung im Raum (z. B. einer Längsrichtung oder Querrichtung) eindrücken und/oder biegen lassen, um die Energie der Kraft zu absorbieren. Die Absorption der Energie aus einer Druckkraft kann beispielsweise dadurch maximiert werden, dass sich die Strukturkomponente entlang einer Achse im Raum (z. B. der Längsachse oder Querachse) der Strukturkomponente verdichtet, wenn es zu einem Aufprall entlang dieser Achse kommt. Eine solche Verdichtung kann als stabiles axiales Eindrücken der Strukturkomponente bezeichnet werden.
Herkömmliche Strukturkomponenten beruhen auf inneren Zellstrukturen mit mehreren Zellen, die einen Querschnitt mit einer einfachen polygonalen Form aufweisen, um die Absorption der Druckenergie und die Quetschfestigkeit zu verbessern. Meist werden Zellen mit einem Querschnitt mit einer sechseckigen Form derart verwendet, dass die innere Zellstruktur die Struktur einer Bienenwabe nachahmt. Während eine Zellstruktur mit solchen Zellen mit einem einfachen polygonalen Querschnitt der Strukturkomponente Druckkraftabsorption und Quetschfestigkeit bieten kann, erhöht eine solche Zellstruktur jedoch das Gewicht der Strukturkomponente. Es kann wünschenswert sein, eine Strukturkomponente bereitzustellen, die dazu ausgelegt ist, zumindest die gleiche oder eine ähnliche Festigkeitszunahme zu erreichen, die herkömmlichen Strukturkomponenten mit herkömmlicher Zellstruktur bereitgestellt wird, die aus Zellen mit einem Querschnitt mit einer elementaren vieleckigen Form besteht und die eine Minimierung der längenbezogenen Masse der Strukturkomponente und das Beibehalten einer guten Herstellbarkeit ermöglicht.
Ferner kann es wünschenswert sein, eine Zellstruktur und/oder eine Strukturkomponente bereitzustellen, die eine Zellstruktur einschließt, die eine erhöhte Energieabsorption und ein stabileres axiales Einfalten erreichen, wenn die Kräfte, wie etwa Front- und Seitenaufprallkräfte auf die Strukturkomponente ausgeübt werden, während außerdem das Gewicht unverändert bleibt, um das Gesamtgewicht der Struktur zu minimieren. Wenn die Struktur, von der die Strukturkomponente ein Teil ist, ein Fahrzeug ist, kann eine solches Beibehalten des Gewichts den Erhalt der Fahrzeugkraftstoffeffizienz und/oder das Einhalten von Emissionsauflagen unterstützen. Außerdem kann es wünschenswert sein, eine Strukturkomponente bereitzustellen, die eine verbesserte Energieabsorption und/oder Biegung erreichen kann, wenn eine Biegekraft auf die Strukturkomponente ausgeübt wird. Darüber hinaus kann es wünschenswert sein, einen abstimmbaren Querschnitt für Zellen in der Zellstruktur bereitzustellen, der dazu ausgelegt ist, Festigkeitszunahmen (d. h. Lastaufnahme und Druckenergieabsorption) im Vergleich zu elementaren vieleckigen Ausführungen zu erreichen, während er darüber hinaus eine Flexibilität bei der Ausgestaltung ermöglicht, um einem Spektrum von Anwendungen konkret für die Struktur gerecht zu werden, von der die Strukturkomponente ein Teil ist.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird eine Zellstruktur bereitgestellt. Die Zellstruktur umfasst eine Vielzahl von Zellen. Jede Zelle aus der Vielzahl von Zellen hat einen zwölfeckigen Querschnitt, der acht Seiten, die jeweils eine erste Querschnittslänge aufweisen, und vier Seiten aufweist, die jeweils eine zweite Querschnittslänge aufweisen, die sich von der ersten Querschnittslänge unterscheidet.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Strukturkomponente bereitgestellt. Die Strukturkomponente weist mindestens eine Wand auf, die einen Innenraum der Komponente umgibt, und eine erste Zellstruktur, die sich in dem Innenraum befindet. Die erste Zellstruktur umfasst eine Vielzahl von Zellen. Jede Zelle aus der Vielzahl von Zellen hat einen zwölfeckigen Querschnitt, und mindestens eine Zelle aus der Vielzahl von Zellen teilt sich zumindest einen Teil der mindestens einen Wand mit sechs anderen Zellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Zellstruktur bereitgestellt. Die Zellstruktur umfasst eine Vielzahl von Zellen. Jede Zelle aus der Vielzahl von Zellen hat einen zwölfeckigen Querschnitt, und mindestens eine Zelle aus der Vielzahl von Zellen teilt sich zumindest einen Teil der mindestens einen Wand mit sechs anderen Zellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Sandwich-Struktur bereitgestellt. Die Sandwich-Struktur schließt eine erste und zweite im Wesentlichen ebenflächige Struktur und eine Zellstruktur ein, die sich zwischen der ersten und zweiten im Wesentlichen ebenflächigen Struktur befindet, wobei die Zellstruktur eine Vielzahl von Zellen umfasst, wobei jede Zelle aus der Vielzahl von Zellen einen zwölfeckigen Querschnitt hat und sich mindestens eine Zelle aus der Vielzahl von Zellen zumindest einen Teil von mindestens einer Wand mit sechs anderen Zellen teilt.
Zusätzliche Aufgaben und Vorteile werden teilweise in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt und erschließen sich teilweise aus der Beschreibung oder können durch die Umsetzung der vorliegenden Lehren erlernt werden. Die Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden mit Hilfe der Elemente und Kombinationen, die insbesondere in den beigefügten Ansprüchen hervorgehoben werden, umgesetzt und erreicht. Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die nachfolgende ausführliche Beschreibung lediglich beispielhaft sind und der Erläuterung dienen und den beanspruchten Gegenstand nicht beschränken sollen. Die begleitenden Zeichnungen, die in diese Patentschrift eingebunden sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Mindestens einige Merkmale und Vorteile werden sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen ergeben, die damit konsistent sind, wobei die Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen betrachtet werden sollte, in welchen Folgendes gilt:
1A ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften zwölfeckigen Zelle einer beispielhaften Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung;
1B stellt eine alternative Querschnittsansicht der beispielhaften zwölfeckigen Zelle aus 1A einschließlich zusätzlicher Bezugszeichen dar;
1C ist eine perspektivische Ansicht der beispielhaften zwölfeckigen Zelle aus 1A;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer Zellstruktur mit einer Vielzahl von Zellen, wobei jede vollständige Zelle den beispielhaften zwölfeckigen, in den 1A–1B dargestellten, Querschnitt aufweist.
Die 3A–3B sind eine perspektivische bzw. eine Draufsicht einer ersten beispielhaften Ausführungsform einer Strukturkomponente mit einer Zellstruktur, die von einer Vielzahl von Zellen gebildet wird, wobei jede vollständige Zelle den beispielhaften zwölfeckigen, in den 1A–1B dargestellten, Querschnitt aufweist;
4A ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften zwölfeckigen Zelle einer zweiten beispielhaften Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4B stellt eine alternative Querschnittsansicht der beispielhaften zwölfeckigen Zelle aus 4A einschließlich zusätzlicher Bezugszeichen dar;
Die 5A–5B sind eine perspektivische bzw. eine Draufsicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform einer Strukturkomponente mit einer Zellstruktur, die von einer Vielzahl von Zellen gebildet wird, wobei jede vollständige Zelle den beispielhaften zwölfeckigen, in den 4A–4B dargestellten, Querschnitt aufweist;
6A ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Sandwich-Struktur mit einer Zellstruktur, die von einer Vielzahl von Zellen gebildet wird, wobei jede vollständige Zelle einen beispielhaften zwölfeckigen Querschnitt gemäß den vorliegenden Lehren aufweist;
6B ist eine perspektivische Schnittansicht der beispielhaften Ausführungsform einer Sandwich-Struktur, die in 6A dargestellt ist;
7A ist eine perspektivische Explosionsansicht einer vielschichtigen Struktur mit drei Zellstrukturschichten, wobei jede Zellstrukturschicht von einer Vielzahl von Zellen gebildet wird und jede vollständige Zelle einen beispielhaften zwölfeckigen Querschnitt gemäß den vorliegenden Lehren aufweist;
7B ist eine Draufsicht einer ersten Zellstrukturschicht der vielschichtigen, in 7A dargestellten Struktur;
7C ist eine Draufsicht einer zweiten Zellstrukturschicht der vielschichtigen, in 7A dargestellten Struktur;
7D ist eine Draufsicht einer dritten Zellstrukturschicht der vielschichtigen, in 7A dargestellten Struktur;
8A ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Strukturkomponente, die eine herkömmliche Zellstruktur mit einer Vielzahl von Zellen aufweist, wobei jede vollständige Zelle einen elementaren viereckigen Querschnitt aufweist;
8B ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Strukturkomponente, die eine herkömmliche Zellstruktur mit einer Vielzahl von Zellen aufweist, wobei jede vollständige Zelle einen elementaren sechseckigen Querschnitt aufweist;
8C ist eine perspektivische Ansicht einer dritten beispielhaften Ausführungsform einer Strukturkomponente, die eine Zellstruktur aufweist, die von einer Vielzahl von Zellen gebildet wird, wobei jede vollständige Zelle einen beispielhaften zwölfeckigen Querschnitt gemäß den vorliegenden Lehren aufweist;
9 ist ein Diagramm einer normalisierten dynamischen Quetschkraft und der dazugehörigen Quetschverdrängung für modellierte Aluminiumausführungen der in den 8A–8C dargestellten Strukturkomponenten;
10 ist ein Diagramm der absorbierten normalisierten dynamischen axialen Quetschenergie und der dazugehörigen axialen Quetschverdrängung für modellierte Aluminiumausführungen der in den 8A–8C dargestellten Strukturkomponenten;
11 ist ein Diagramm einer normalisierten quasistatischen Quetschkraft und der dazugehörigen Quetschverdrängung für modellierte Aluminiumausführungen der in den 8A–8C dargestellten Strukturkomponenten;
12A–12C stellt verschiedene Strukturkomponenten dar, wobei jede Komponente entweder eine herkömmliche Zellstruktur aus quadratischen Zellen oder eine Zellstruktur aus zwölfeckigen Zellen gemäß den vorliegenden Lehren aufweist;
13 ist ein Diagramm einer dynamischen Quetschkraft und der dazugehörigen Quetschverdrängung für modellierte Aluminiumausführungen der in 12A–12C dargestellten Strukturkomponenten;
14 ist ein Diagramm der absorbierten dynamischen axialen Quetschenergie und der dazugehörigen Quetschverdrängung für die beispielhaften modellierten Aluminiumausführungen der in 12A–12C dargestellten Strukturkomponenten;
15A–15C stellen verschiedene Strukturkomponenten dar, wobei jede Komponente entweder eine herkömmliche Zellstruktur aus sechseckigen Zellen oder eine Zellstruktur aus zwölfeckigen Zellen gemäß den vorliegenden Lehren aufweist;
16 ist ein Diagramm einer dynamischen Quetschkraft und der dazugehörigen Quetschverdrängung für modellierte Aluminiumausführungen der in 15A–15C dargestellten Strukturkomponenten;
17 ist ein Diagramm der absorbierten dynamischen axialen Quetschenergie und der dazugehörigen Quetschverdrängung für die beispielhaften modellierten Aluminiumausführungen der in 15A–15C dargestellten Strukturkomponenten;
18 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Fahrzeugrahmens mit mehreren Komponenten, für die eine Strukturkomponente oder eine Zellstruktur gemäß den vorliegenden Lehren verwendet werden kann; und
19 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Fahrzeugaufbaus mit mehreren Komponenten, für die eine Strukturkomponente oder eine Zellstruktur gemäß den vorliegenden Lehren verwendet werden kann.
Obwohl die folgende ausführliche Beschreibung Bezug auf die beispielhaften veranschaulichenden Ausführungsformen nimmt, werden sich dem Fachmann viele Alternativen, Modifikationen und Variationen davon erschließen. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass der beanspruchte Gegenstand weit gefasst betrachtet wird.
BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird detailliert auf die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen Bezug genommen, von denen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen sollen die Offenbarung nicht einschränken. Vielmehr soll die Offenbarung Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der beispielhaften Ausführungsformen abdecken. In den Zeichnungen und der Beschreibung sind ähnliche Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen versehen. Es ist zu beachten, dass die in der Beschreibung individuell erläuterten Merkmale auf jede technisch sinnvolle Weise miteinander kombiniert werden können und zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbaren.
Die Terminologie der vorliegenden Beschreibung soll den offenbarten Gegenstand nicht einschränken. Beispielsweise können räumlich relative Ausdrücke, wie etwa „unterhalb“, „unten“, „unteres“, „oberhalb“, „über“, oberes“, „vorderes“, „hinteres“, „links“, „rechts“, „horizontal“, „vertikal“ und dergleichen, verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal entsprechend der Darstellung in den Figuren zu beschreiben. Diese räumlich relativen Ausdrücke sollen zusätzlich zur in den Figuren dargestellten Position und Ausrichtung unterschiedliche Positionen (d. h. Lagen) und Ausrichtungen (d. h. Drehpositionierungen) einer verwendeten oder vorhandenen Komponente einschließen. Beispielsweise wären, wenn eine Komponente in den Figuren umgedreht wird, Elemente, die als „unten“ oder „unterhalb“ anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben sind, dann „oberhalb“ oder „über“ den anderen Elementen oder Merkmalen.
Die vorliegende Offenbarung berücksichtigt Zellstrukturen, die eigenständig oder als ein Teil einer Strukturkomponente verwendet werden können. Beispielsweise kann eine Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung wenigstens teilweise in einem Inneren einer Strukturkomponente positioniert sein. Die Zellstrukturen dieser Offenbarung sind dazu ausgelegt, zumindest die gleiche oder eine ähnliche Festigkeitszunahme wie die von einer herkömmlichen Zellstruktur, die aus Zellen mit einem Querschnitt mit einer vieleckigen Form (z.B. dreieckig, rechteckig, fünfeckig, sechseckig, siebeneckig oder achteckig) besteht, bereitgestellte zu erreichen, während die längenbezogene Masse der Zellstruktur und/oder der Strukturkomponente, die die Zellstruktur enthält, minimiert wird.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung schließt eine Zellstruktur eine Vielzahl von Zellen ein, wobei jede Zelle einen Querschnitt aufweist, der von zwölf Seiten und zwölf Ecken gebildet wird. Die Querschnittsformen der Zellen der Zellstrukturen der vorliegenden Offenbarung sind teilweise auf Grundlage beispielsweise einer Vielzahl von abstimmbaren Parametern ausgelegt, die dazu ausgelegt sind, Festigkeitszunahmen (d. h. Lastaufnahme und Energieabsorption) im Vergleich zu Strukturkomponenten zu erreichen, die herkömmliche Zellstrukturen (z. B. wabenförmige oder quadratische Zellen) verwenden, während sie außerdem Flexibilität bei der Auslegung ermöglichen, um einem Spektrum von Anwendungen konkret für die Struktur gerecht zu werden, von der die Strukturkomponente ein Teil ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung handelt es sich bei den Längen der Seiten, die den Querschnitt der Zelle bilden, um einen von vielen einstellbaren Parametern. Die Längen der Seiten können derart ausgewählt sein, dass sie ein gewünschtes Verhältnis zwischen den unterschiedlichen Seiten bieten. Zum Beispiel kann in einem in 1A dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Seite 102K eine Länge a hat, die Seite 102J eine Länge b hat, die Seite 102I eine Länge c hat und die Seite 102H eine Länge d hat, ein Verhältnis der Seitenlängen des Querschnitts von a:b:c:d bei 2:2:1:2 liegen. Somit gilt in dem Ausführungsbeispiel a = b = d, was zur Folge hat, dass zehn der zwölf Seiten eine erste Länge aufweisen und zwei der zwölf Seiten eine zweite Länge aufweisen, die sich von der ersten Länge unterscheidet. Ein Verhältnis der ersten Länge zur zweiten Länge kann 1:2 betragen.
Alternativ dazu kann in einem anderen Ausführungsbeispiel, wie in 4A–4B dargestellt, ein Verhältnis der Seitenlängen des Querschnitts von a:b:c:d bei 2:4:1:4 liegen, wobei das Verhältnis von a:b im Bereich von 1:1 bis 1:5 liegen kann und ein Verhältnis von b:d im Bereich von 1:5 bis 5:1 liegen kann. In einem symmetrischen Querschnitt kann die Länge c gleich der Hälfte von a sein (d. h. c = a/2) und in einem nichtsymmetrischen Querschnitt kann das Verhältnis von a:c im Bereich von 1:5 bis 5:1 liegen. Somit ist in dem Ausführungsbeispiel b=d, was zur Folge hat, dass sechs der zwölf Seiten des Querschnitts eine erste Querschnittslänge aufweisen, vier der zwölf Seiten eine zweite Querschnittslänge aufweisen und zwei der zwölf Seiten eine dritte Querschnittslänge aufweisen, wobei sich jede von der ersten, der zweiten und der dritten Querschnittslänge voneinander unterscheiden kann.
Durch das Abstimmen der Querschnittslängen der Seiten des Querschnitts ist es möglich, die Form und die Größe der Zelle in der Zellstruktur zu variieren, wodurch die Größe und die Anzahl der Zellen in einer bestimmten Zellstruktur verändert wird. Somit kann die Vielzahl von Zellen mit einer gewünschten Form kompakt zusammen angeordnet sein, um die Zellstruktur zu bilden, wobei die Zellen auf solche Weise kompakt angeordnet werden, dass Zwischenräume (d. h. nichtzwölfeckige Zellen) zwischen den zwölfeckigen Zellen beseitigt werden. Dies kann Auswirkungen auf das Gewicht der Zellstruktur sowie ihre Festigkeit und die Energiemenge haben, die sie absorbieren kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist mindestens eine Zelle der Zellstruktur auf solche Weise angeordnet, dass Zwischenräume (d. h. nichtzwölfeckige Zellen) zwischen den zwölfeckigen Zellen in der Zellstruktur beseitigt werden. In den Ausführungsbeispielen in 1A–5B sind die Querschnittslängen der Seiten der Zellen derart ausgewählt, dass die Zelle eine solche Form und Größe aufweist, dass sie sechs andere Zellen in der Zellstruktur berührt. Zum Beispiel kann sich eine einzelne Zelle, die einen zwölfeckigen Querschnitt, der zwölf Seiten umfasst, aufweist, mindestens eine Seite des Querschnitts mit mindestens einer anderen Zelle teilen. In einem anderen Beispiel kann sich eine einzelne Zelle, die einen zwölfeckigen Querschnitt, der zwölf Seiten umfasst, aufweist, mindestens eine Wand mit sechs anderen zwölfeckigen Zelle teilen. Das heißt, dass sechs Zellen die einzelne Zelle umgeben, sodass sie sich einige Wände mit der einzelnen Zelle teilen. Die sechs Zellen umgeben die einzelne Zelle vollständig, sodass keine Zwischenräume zwischen der einzelnen Zelle und den sechs umgebenden Zellen angeordnet sind.
In einer beispielhaften Ausführungsform bilden die zwölf Seiten und die zwölf Ecken eines Querschnitts einer Zelle acht Innenwinkel und vier Außenwinkel. Eine Zellstruktur gemäß den vorliegenden Lehren kann eine Vielzahl von solchen Zellen einschließen. Die Vielzahl von Zellen kann miteinander verbunden sein oder nicht. Die Zellstruktur kann eine Vielzahl von vollständigen Zellen einschließen, die, wie oben beschrieben, jeweils zwölf Seiten und zwölf Ecken aufweisen. Alternativ kann eine Zellstruktur eine Kombination einer Vielzahl kompletter Zellen und einer Vielzahl von Teilzellen einschließen. In einer derartigen alternativen Struktur können die vollständigen Zellen aneinander angrenzend angeordnet sein, sodass keine teilweisen Zellen zwischen vollständigen Zellen angeordnet sind.
Gemäß den vorliegenden Lehren stellt die Form der Zellen der hier offenbarten Zellstrukturen die Zellstrukturen sowie Strukturkomponenten, die Zellstrukturen mit stabilisierter Faltung, verringerter Quetschdistanz und erhöhter Energieabsorption in Reaktion auf eine ausgeübte Druckkraft aufweisen, bereit.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Integrieren der Zellstrukturen der vorliegenden Offenbarung in eine Strukturkomponente die Verwendung einer Strukturkomponente ermöglichen, die einen äußeren Umfang aufweist, der in einer elementaren vieleckigen Form, wie etwa kreisförmig, oval, dreieckig, quadratisch oder rechteckig, ausgebildet ist. Somit kann, statt auf eine Strukturkomponente mit einem äußeren, zu einer komplexen Form (z. B. eine Strukturkomponente mit mehr als vier Seiten) geformten Umfang zurückzugreifen, um eine erhöhte Festigkeit und/oder eine minimierte längenbezogene Masse der Strukturkomponente bereitzustellen, eine Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung in ein Inneres einer Strukturkomponente integriert werden, die einen Querschnitt mit einer einfachen polygonalen Form aufweist, sodass das Innere der Strukturkomponente wenigstens teilweise mit der Zellstruktur ausgefüllt ist, was für eine erhöhte Festigkeit und/oder eine minimierte längenbezogene Masse der Strukturkomponente sorgt. Alternativ ist außerdem berücksichtigt, dass eine Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung in ein Inneres einer Strukturkomponente integriert werden kann, die eine äußere Peripherie mit einer komplexen Form, beispielsweise einer komplexen polygonalen Form, aufweist.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen können manche oder alle der Zellen einer beispielhaften Zellstruktur teilweise oder vollständig mit verschiedenen Füllmaterialien ausgefüllt sein. Ferner kann mehr als eine Zellstruktur bereitgestellt werden, wobei manche oder alle einer oder mehrerer der Zellstrukturen manche oder alle der Zellen der gegebenen Struktur teilweise oder vollständig mit einer oder mehreren Arten von Füllmaterial ausgefüllt sind. Beispielsweise können, wenn eine Temperatursteuerung gewünscht ist, einige oder alle der Zellen teilweise oder vollständig mit wärmedämmendem (wärmedämmenden) Füllmaterial(ien) ausgefüllt sein. Beispielhafte wärmedämmende Füllmaterialien schließen verschiedene Schäume (z. B. getriebenen Glasfaserschaum, Polyurethanschäume), Mineralwolle, Zellulose, Polystyrol-Aerogele, Kork und Kombinationen davon ein. Zusätzlich oder alternativ können in anderen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, wenn eine Lärmregelung erforderlich ist, einige oder alle der Zellen der beispielhaften Zellstruktur(en) teilweise oder vollständig mit geräuschdämmendem (geräuschdämmenden) Füllmaterial(ien) ausgefüllt sein. Beispielhafte geräuschdämmende Füllmaterialien schließen Melaminschwamm-Akustikschäume, Mineralwolle, offenporige Gummischäume und Kombinationen davon ein. In weiteren verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen, wenn zusätzliche Strukturverstärkung gewünscht ist, können die Zellen teilweise oder vollständig mit verstärkendem (verstärkenden) Füllmaterial(ien) ausgefüllt sein. Beispielhafte verstärkende Füllmaterialien schließen Strukturschaum/-schäume, wie etwa thermoplastische Strukturschäume, Aluminiumschäume, glas- oder carbonfaserverstärke Strukturschäume, geschlossenporige Polymerschäume und Kombinationen davon ein. In einigen beispielhaften Ausführungsformen können mehr als eine Art von Füllmaterial in den Zellen integriert sein. In einigen anderen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Füllmaterial mehr als eine oder sogar alle Funktionen von einer Wärmedämmungs-, Schalldämmungs- und Verstärkungsfunktion bereitstellen und kann einige oder alle der Zellen der beispielhaften Zellstruktur(en) teilweise oder vollständig ausfüllen. Alternativ können einige oder alle der Zellen ungefüllt (d. h. hohl oder leer) gelassen werden.
Die Zellstrukturen, die aus Zellen mit einem zwölfeckigen Querschnitt bestehen, wie er hier offenbart wird, und die Strukturkomponenten, die eine oder mehrere solcher Zellstrukturen enthalten oder daraus ausgebildet sind, können gemäß der vorliegenden Offenbarung eine erhöhte Energieabsorption und ein stabileres axiales Einfalten im Vergleich zu Zellstrukturen, die aus Zellen mit einer anderen Anzahl an Ecken oder Seiten gebildet sind, und Strukturkomponenten ohne Zellstrukturen oder mit (einer) Zellstruktur(en), die aus Zellen mit einer anderen Anzahl an Ecken oder Seiten gebildet sind, bieten, wenn Kräfte, wie etwa Front- und Seitendruckkräfte auf die Zellstruktur und/oder die Strukturkomponente ausgeübt werden. Ferner können der zwölfeckige Querschnitt der Zellen der Zellstrukturen und Strukturkomponenten, die Zellstrukturen enthalten, die aus Zellen mit dem zwölfeckigen Querschnitt gemäß der vorliegenden Offenbarung gebildet sind, eine ähnliche, wenn nicht sogar eine größere, Festigkeitszunahme erreichen als Zellstrukturen, die aus Zellen mit einem sechseckigen Querschnitt (z. B. zelluläre Wabenstrukturen) gebildet sind, und Strukturkomponenten, die zelluläre Wabenstruktur(en) enthalten, während sie die längenbezogene Masse der Zellstrukturen und Strukturkomponenten minimieren und eine hohe produktionsbezogene Machbarkeit erhalten. Insbesondere können die Strukturkomponente(n) und/oder die Zellstruktur(en) mit zwölfeckigen Zellen durch Pressen, Biegen, Formhärten, Hydroforming, Abformen, Gießen, Extrusion, einheitliches oder uneinheitliches Walzprofilieren, Zerspanen, Schmieden, 3D-Druck und/oder andere bekannte Herstellungsverfahren gebildet werden. Beispielsweise können Extrusion und/oder Abformen verwendet werden, um Zellstrukturen mit einer großen Anzahl an Zellen zu bilden und/oder in der Massenproduktion. Komponenten, die auf diese Weise gebildet werden, können durch Schweißen (z. B. Punktschweißen, Nahtschweißen, Laserschweißen und Rührreibschweißen), Hartlöten, Löten, Kleben, Befestigen, Einpressen, Nieten, Verschrauben, Verbolzen und/oder sonstige bekannte Verbindungstechniken verbunden werden.
In einem anderen Beispiel können bei Zellstrukturen, die relativ groß sind und eine kleine Anzahl an Zellen einschließen, alle Zellen anhand anderer Verfahren separat hergestellt und dann anschließend zusammengefügt werden. Jedes der obenstehenden Herstellungs- und Fügeverfahren kann verwendet werden, um solche Zellstrukturen zu bilden, die relativ groß sind und eine kleine Anzahl an Zellen enthalten. Ferner kann jeder der obenstehenden Verfahren für Kleinserien verwendet werden, beispielsweise wenn eine speziell maßgeschneiderte Zellstruktur erforderlich ist. Beispielsweise können Gießen und Extrusion verwendet werden, um Magnesium- und Aluminiumstrukturkomponenten zu bilden, während Abformen (Spritzguss, Blasformen und Formpressen), Extrusion, Gießen, Thermoformen und Verschäumen verwendet werden können, um Kunststoffstrukturkomponenten mit darin integrierten Zellstruktur(en) zu bilden.
Die Zellstruktur, die aus Zellen mit zwölf Ecken gebildet wird, und Strukturkomponenten, die eine solche Zellstruktur / solche Zellstrukturen gemäß den vorliegenden Lehren enthalten oder daraus gebildet sind, können beispielsweise aus Stahllegierungen, Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Nylons, Kunststoffen, Polymeren, Verbundwerkstoffen, faserverstärkten Verbundwerkstoffen, Silikon, Halbleitern, Papieren, Gummi, Schäumen, Gelen, Hölzern, Kork, Hybridmaterialien (d. h. mehreren ungleichen Materialien), Formgedächtnismaterialien und/oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sein. Der Fachmann versteht beispielsweise, dass das für eine Strukturkomponente und Zellstruktur davon verwendete Material wenigstens teilweise auf Grundlage der beabsichtigten Anwendung, Festigkeits-/Gewichtsüberlegungen, Kosten, Einbauraum und/oder anderen Auslegungsfaktoren gewählt werden kann.
Obwohl hier in erster Linie in Bezug auf Fahrzeuganwendungen erläutert, berücksichtigt die vorliegende Offenbarung, dass die verschiedenen hier offenbarten Strukturkomponenten und Zellstrukturen für viele Anwendungen auf vielen Gebieten, beispielsweise auf den Gebieten der Luftfahrt (z. B. Flugzeug, Raumfahrzeug usw.), Wasserfahrzeuge (z. B. Verkleidung, Außenhautstrukturen, Möblierung usw. eines Wasserfahrzeugs), Schienenfahrzeuge, Straßenbahnfahrzeuge, Hochgeschwindigkeitsschienenfahrzeuge, Magnetschwebefahrzeuge und Hyperloop-Kapseln oder -Fahrzeuge, Transport und Verpackung (z. B. Transportkiste, Palette, Polsterelement usw.), Fahrzeugbauweise (z. B. Flugzeugrumpfkonstruktionen, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge usw.), verformbaren Barrieren (z. B. für Fahrzeugaufpralltests), Turbinenbauweise (z. B. Rotorschaufelbauweise einer Motorturbine oder einer Windturbine), Sonnenenergie (z. B. Solarmodulbauweise), Sportausrüstung (z. B. Skier, Snowboards, Surfboards, Wakeboards, Paddleboards, Skateboards, Paddel, Tischtennisschläger, Pickleballschläger, Baseball- und Softballbasen, Polster für Kontaktsportpads, Helme, Helmpolster, Handschuhe, Motorsport-Körperpanzer usw.), Fußbekleidung (z. B. Schuhe, Sportschuhe, Sandalen, Hausschuhe, Socken usw. und Einlagen, Innensohlen, Laufsohlen und obere Außenseiten davon), Bettzeug oder anderer Möbelpolsterung (z. B. Matratzenschichten, Bettauflagen, Kissen, Decken, Polster usw.), Schutzgehäuse für mobile Geräte(z. B. Handys, Tablets, Mediaplayer, Digitalkameras, Kameras usw.), Möbel (z. B. Tische, Hocker und Stühle), Regale, Aufbewahrung (z.B. Aufbewahrungsboxen, Werkzeugkästen, Reisekoffer, Transportkoffer usw.), Dämmung (z. B. Wärmedämmung und Schalldämpfungsstrukturen), Baustoffe (z. B. für Wandkonstruktionen, Bodenkonstruktionen, Dachkonstruktionen sowie Deckenkonstruktionen von Gebäuden sowie Gebäudeflächenverkleidungen wie etwa Laminate oder Polsterung), und andere verstärkende Anwendungen geeignet sein können, die hier nicht im Besonderen aufgelistet sind. Die Liste potentieller Anwendung für die hier offenbarten Strukturen soll lediglich beispielhaft sein und in keiner Weise andere hier nicht aufgelistete Anwendungen einschränken oder ausschließen.
Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist eine beispielhafte Ausführungsform einer einzelnen Zelle 100 einer Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung in den 1A–1C veranschaulicht. 1A ist eine Querschnittsansicht der einzelnen Zelle 100 einer Zellstruktur mit mehreren ausgelassenen Bezugszeichen und Bezugslinien, sodass die gesamte Querschnittsform deutlich gezeigt wird. 1B ist eine andere Querschnittsansicht einer einzelnen Zelle 100 einer Zellstruktur, die die Bezugszeichen einschließt, die in 1A weggelassen sind. 1C zeigt eine perspektivische Ansicht der einzelnen Zelle 100 einer Zellstruktur. Die Zelle 100 weist Längswände 122 auf, die sich an Längskanten 124 treffen, die zwölf Seiten 102A–102L und zwölf Ecken definieren, von denen acht die Innenecken 104A–104H und vier die Außenecken 106A–106D des zwölfeckigen Querschnitts gemäß der vorliegenden Offenbarung sind. Jede Seite 102A–102L weist eine Querschnittslänge L₁–L₁₂ bzw. die Querschnittsdicken T₁–T₁₂ auf. Jede Innenecke 104A–104H weist jeweils einen Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 auf. Jede Außenecke 106A–106D weist jeweils einen Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 auf. Wie in den 1A und 1B dargestellt, kann jede Seite 102A–102L gerade sein und kann jede Ecke von geraden Kanten zweier benachbarter Seiten definiert sein. Alternativ, wenn auch nicht dargestellt, können die Seiten an ihren Enden gekrümmt sein, um abgerundete Ecken bereitzustellen. Dementsprechend ist berücksichtigt, dass jede Ecke eine abgerundete Ecke mit einem gebogenen Radius sein kann.
Je nach der bestimmten Anwendung und/oder den gewünschten Merkmalen der Strukturkomponente und/oder der Zellstruktur davon, können die Längen der Seiten und die Dicken der Seiten des zwölfseitigen, zwölfeckigen Querschnitts der Zellen der Zellstruktur variiert (d. h. abgestimmt) werden, um verbesserte Festigkeit und andere Leistungsmerkmale (z. B. Stabilität des Faltmusters) im Vergleich zu elementaren vieleckigen Querschnitten von Zellen mit einer herkömmlichen Zellstruktur zu erreichen. Das Variieren dieser Merkmale des zwölfseitigen, zwölfeckigen Verstärkungselements kann die Notwendigkeit einer erhöhten Eckendicke überflüssig machen. Gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Lehren können die Querschnittslängen L₁–L₁₂ der Seiten 102A–102L und die Querschnittsdicken T₁–T₁₂ der Seiten 102A–102L zu einem gewissen Grad variiert werden, wie der Fachmann verstehen würde, z. B. gemäß dem verfügbaren Platz in einer Strukturkomponente.
Die Zelle 100 mit dem zwölfeckigen, in den 1A und 1B dargestellten, Querschnitt weist acht Innenecken 104A–104H und vier Außenecken 106A–106D auf. In dieser beispielhaften Ausführungsform ist jeder Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 jeder Innenecke 104A–104J im Wesentlichen gleich und ist jeder Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 jeder Außenecke 106A–106D im Wesentlichen gleich. In diesem Beispiel können die Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 gemeinsam als Innenwinkel ϑ_i bezeichnet werden und die Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 gemeinsam als Außenwinkel ϑ_e bezeichnet werden. Ferner ist in dieser beispielhaften Ausführungsform jeder der Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 jeder Innenecke 104A–104H und jeder der Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 jeder Außenecke 106A–106D im Wesentlichen gleich. In diesem Beispiel können die Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 und die Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 gemeinsam als Eckwinkel bezeichnet werden ϑ. Die 1A und 1B veranschaulichen eine beispielhafte Ausführungsform, in der der Innenwinkel ϑ_i ungefähr 90 Grad beträgt und der Außenwinkel ϑ_e ungefähr 90 Grad beträgt. Somit stellen 1A und 1B ein Ausführungsbeispiel dar, in dem jeder der acht Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 und jeder der vier Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 im Wesentlichen der gleiche Eckwinkel sind ϑ und insbesondere jeder der Innenwinkel und Außenwinkel ungefähr 90 Grad beträgt.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie z. B. in einer Automobil-, Brettsport-, Verpackungs-, Möbel-, Turbinen- oder Solaranwendung, kann eine Querschnittslänge L₁–L₁₂ jeder Seite 102A–102L jeder der Zellen 100 zwischen etwa 2 mm und etwa 100 mm liegen. In anderen beispielhaften Ausführungsformen, wie z. B. in einer Flugzeug-, Raumfahrzeug-, Wasserfahrzeug-, Windturbinen- oder Gebäudeanwendung, kann eine Länge jeder Seite L₁–L₁₂ des verstärkenden Elements größer sein. In noch anderen beispielhaften Ausführungsformen, wie z. B. einigen Ultraleicht-Raumfahrzeug-Anwendungen, kann eine Länge jeder Seite L₁–L₁₂ des verstärkenden Elements kleiner, z. B. von nanoskopischem Maßstab, sein.
In einigen Ausführungsbeispielen sind einige der Querschnittslängen L₁–L₁₂ jeder Seite im Wesentlichen gleich. Zum Beispiel haben die Querschnittslängen L₁, L₃–L₇ und L₉ der Seiten 102A, 102C, 102G bzw. 102I, die in 1B dargestellt sind, jeweils im Wesentlichen die gleiche Querschnittslänge. Gleichermaßen haben die Querschnittslängen L₂, L₄–L₆, L₈ und L₁₀–L₁₂ der Seiten 102B, 102D–102F, 102H bzw. 102J–102L, die in 1B dargestellt sind, jeweils im Wesentlichen die gleiche Querschnittslänge.
Ferner kann die Querschnittslänge (z. B. L₁–L₁₂) jeder Seite (z. B. 102A–102L) in Bezug auf die Querschnittslänge einer oder mehrerer jeder anderen Seite variieren. In einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Offenbarung haben mindestens vier Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils eine erste Querschnittslänge und mindestens vier zusätzliche Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils eine zweite Querschnittslänge, die sich von der ersten Querschnittslänge unterscheidet Somit haben gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen acht Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils die erste Querschnittslänge, und mindestens vier zusätzliche Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils die zweite Querschnittslänge. Zum Beispiel weist die beispielhafte sich wiederholende Zelle 100 (siehe 1A–1C, 2 und 3A–3B) Querschnittslängen L₂, L₄–L₆, L₈ und L₁₀–L₁₂ von acht der Seiten 102B, 102D–102F, 102H bzw. 102J–102L (von den zwölf Seiten insgesamt 102A–102L) auf, bei denen es sich jeweils um eine erste Querschnittslänge handelt, und Querschnittslängen L₁, L₃, L₇ und L₉ von vier der Seiten 102A, 102C, 102G bzw. 102I (von den zwölf Seiten insgesamt 102A–102L), bei denen es sich um eine zweite Querschnittslänge handelt, die sich von der ersten Querschnittslänge unterscheidet.
Erneut in Bezug auf einen querlaufenden Querschnitt der Zelle(n) einer Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Größe einer Querschnittslänge einer oder mehrere Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) eines Querschnitts relativ zu einer anderen Querschnittslänge einer oder mehrerer zusätzlicher Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) des Querschnitts bemessen werden. Gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Verhältnis einer ersten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) zu einer zweiten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 10:1 liegen. Zum Beispiel liegt in der beispielhaften sich wiederholenden Zelle 100 (siehe 1A–1C, 2 und 3A–3B) ein Verhältnis einer ersten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) von mindestens vier der Seiten 102B, 102D–102F, 102H und 102J–102L zu einer zweiten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) von mindestens vier der Seiten 102A, 102C, 102G und 102I etwa bei 2:1.
Alternativ oder zusätzlich kann in einigen Ausführungsbeispielen die Querschnittslänge einer oder mehrerer Seiten entlang einer Länge der Längsseite der Zelle variieren (d. h. die Längswand der Zelle verjüngt sich entlang ihrer Länge, sodass die Querschnittslängen variieren, um die Verjüngung zu bilden).
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, wie z. B. in einer Fahrzeug-, Brettsport-, Verpackungs-, Turbinen- oder Solaranwendung, kann eine Querschnittsdicke T₁–T₁₂ jeder Seite 102A–102L jeder der Zellen 100 zwischen etwa 0,01 mm und etwa 10 mm liegen. In anderen beispielhaften Ausführungsformen der Zellen einer Zellstruktur einer Strukturkomponente, wie z. B. in einer Flugzeug-, Raumfahrzeug-, Wasserfahrzeug-, Windturbinen- oder Gebäudeanwendung, kann eine Dicke T₁–T₁₂ der Seiten des verstärkenden Elements größer sein. In noch anderen beispielhaften Ausführungsformen, wie z. B. Ultraleicht-Raumfahrzeug-Anwendungen, kann eine Dicke T₁–T₁₂ der Seiten des verstärkenden Elements kleiner, z. B. von nanoskopischem Maßstab, sein. In einigen beispielhaften Ausführungsformen ist die Querschnittsdicke T₁–T₁₂ jeder Seite (z. B. jeder Seite 102A–102L (siehe 1)) im Wesentlichen die gleiche. In einigen anderen beispielhaften Ausführungsformen kann die Querschnittsdicke T₁–T₁₂ jeder Seite in Bezug auf die Querschnittsdicke einer oder mehrerer der anderen Seitenwände variieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Dicke T₁–T₁₂ innerhalb jeder Querschnittslänge jeder Seite variieren.
Die Querschnittslänge und -dicke jeder Seite der Zellen einer Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung können im Verhältnis zueinander bemessen sein. Beispielsweise kann ein Verhältnis der Querschnittsdicke einer Seite zur Querschnittslänge einer Seite zwischen etwa 1:4 und etwa 1:10.000 liegen.
Nun unter Bezugnahme auf 2 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Zellstruktur 200 dargestellt. Die Zellstruktur 200 schließt mindestens zwei Zellen 100 ein, wobei jede Zelle 100 eine Vielzahl von Längswänden aufweist, die sich zwischen einer Oberseite und einer Unterseite der Zelle erstrecken. Die Längswände kreuzen einander, um Ecken der Zelle 100 zu bilden, und ein Querschnitt jeder Zelle 100 schließt zwölf Ecken ein. Die mindestens zwei Zellen 100 können sich eine oder mehrere Längswände teilen. Beispielsweise können die Zellen derart miteinander verbunden sein, dass sich jede Zelle mindestens eine Wand mit einer benachbarten Zelle teilt oder einige Zellen, die von anderen aus der Vielzahl von Zellen umgeben sind, jede Wand mit einer anderen benachbarten Zelle teilen können. Zusätzlich oder alternativ kann jede Zelle vollkommen unabhängig von den anderen Zellen in der Zellstruktur geformt sein. Ferner kann jede Zelle einen zwölfeckigen Querschnitt z. B. gemäß den Ausführungsbeispielen, die in den 1A–1B, 4A–4B dargestellt sind, und/oder den alternativen Beschreibungen, wie hier dargelegt, aufweisen. Dementsprechend bilden die Schnittstellen der Längswände der Zellstruktur 200 acht Innenwinkel und vier Außenwinkel jeder Zelle 100. Insbesondere schließt jede Zelle 100 der Zellstruktur 200 zwölf Längswände ein. In verschiedenen Ausführungsformen, wie z. B. der in 2 dargestellten, ist jede Seite und/oder Fläche der Zellstruktur freiliegend (d. h. ohne Platte, Wand oder eine andere Art von Abdeckstruktur), sodass die Zellstruktur selbst eine eigenständige Strukturkomponente ist.
In einer anderen beispielhaften, in den 3A und 3B veranschaulichten, Ausführungsform schließt eine Strukturkomponente 300 die Zellstruktur 301 ein. Ein Querschnitt des Inneren der Strukturkomponente 300 ist vollständig mit einer Zellstruktur 301, die aus einer Vielzahl von hohlen, miteinander verbundenen Zellen 100 mit jeweils einem zwölfeckigen Querschnitt und Fragmenten (Teilzellen) davon besteht, gefüllt. Die Zellstruktur 301 kann sich entlang einer kompletten Länge der Strukturkomponente 300 erstrecken oder kann sich entlang eines Teils der Länge der Strukturkomponente erstrecken. Zusätzlich oder alternativ kann eine Vielzahl von Zellstrukturen 301 in der Strukturkomponente 300 bereitgestellt sein, beispielsweise aufeinandergestapelt, um eine Länge der Strukturkomponente 300 auszufüllen. Zusätzlich oder alternativ kann, wie zuvor erläutert, ein Abschnitt einer oder mehrerer der Zellstrukturen 301 mindestens eine Art von Füllmaterial enthalten, um eine Isolierung gegen Geräusche und/oder Wärme bereitzustellen und/oder zusätzliche Stärke zu bieten. Ferner ist vorgesehen, wenn auch nicht dargestellt, dass das Innere einer Strukturkomponente lediglich teilweise mit einer Zellstruktur gefüllt sein kann, die aus miteinander verbundenen Zellen 100 mit einem zwölfeckigen Querschnitt besteht (z. B. kann mindestens ein Teil einer Breite, Tiefe oder Höhe (Länge) der Strukturkomponente einen Abschnitt der einen oder mehreren in der Strukturkomponente enthaltenen Zellstrukturen nicht berühren).
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ist der Innenquerschnitt einer Strukturkomponente von mindestens einer Seite oder Fläche definiert, die den äußeren Umfang der Strukturkomponente bildet. Beispielsweise kann der äußere Umfang der Strukturkomponente mindestens eine Platte, Wand oder andere Art von Abdeckstruktur einschließen. Die Platte, Wand oder andere Art von Abdeckstruktur kann opak oder alternativ vollkommen oder teilweise lichtdurchlässig oder transparent sein, sodass die Zellstruktur von außerhalb der Strukturkomponente optisch sichtbar ist. Alternativ oder zusätzlich zur mindestens einen Plattem Wand oder anderen Art von Abdeckstruktur kann die Strukturkomponente mindestens eine Seite oder Fläche aufweisen, die offen ist (d. h. ohne eine Platte, Wand oder andere Art von Abdeckstruktur). Beispielsweise weist die Strukturkomponente 300 aus 3A sechs Flächen auf, darunter eine obere Fläche, die offen ist und von den oberen Seitenkanten 305 der Zellen der Zellstruktur 301 definiert wird, eine untere Fläche (in 3A verdeckt), die offen ist und von den unteren Seitenkanten (in 3A verdeckt) der untereinander verbundenen Zellen der Zellstruktur 301 definiert wird, eine Vorderseite, die von einer vorderen Wand 310 (deren Außenfläche in 3A zu sehen ist) definiert wird, eine Rückseite, die von einer hinteren Wand 315 (von der Abschnitt der Innenfläche in 3A zu sehen ist) definiert wird, eine linke Seite, die von einer linken Wand 320 (deren Außenfläche in 3A zu sehen ist) definiert wird, und eine rechte Seite, die von einer rechten Wand 325 (von der Abschnitt der Innenfläche in 3A zu sehen ist) definiert wird. Die offene obere Fläche, die von den oberen Seitenkanten 305 der Zellen 100 definiert wird, bildet eine im Wesentlichen flache Oberseite. Gleichermaßen bildet die offene untere Fläche, die von den unteren Seitenkanten (in 3A verdeckt) der miteinander verbundenen Zellen 100 definiert wird, eine im Wesentlichen flache Unterseite. Die Seiten oder Wände (z. B. vordere Wand 310, hintere Wand 315, linke Wand 320 und rechte Wand 325) können einheitlich mit der Zellstruktur (d. h. mit der Zellstruktur gebildet) sein oder alternativ kann sich die Zellstruktur in einer Strukturkomponente mit Seiten oder Wänden befinden. Obwohl sie nicht dargestellt sind, sind winkelige und/oder gekrümmte Seiten und/oder Flächen ebenso berücksichtigt.
Nun unter Bezugnahme auf 3B ist eine Draufsicht der beispielhaften Strukturkomponente 300 aus 3A dargestellt. Wie oben beschrieben und in 3B dargestellt, weist jede Zelle 100 mit Zellstruktur 301 der Strukturkomponente 300 einen zwölfeckigen Querschnitt mit acht Innenecken und vier Außenecken auf. Der Winkel ϑ jeder Innenecke und Außenecke beträgt ungefähr 90 Grad. Darüber hinaus hat jede Seite jeder Zelle 100 die gleiche Querschnittsdicke. Ferner handelt es sich bei den Querschnittslängen von acht der Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeder Zelle 100 jeweils um eine erste Querschnittslänge, bei den Querschnittslängen von vier zusätzlichen Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) handelt es sich um eine zweite Querschnittslänge, und die erste und die zweite Querschnittslänge unterscheiden sich voneinander, sodass ein Verhältnis der ersten Querschnittslänge zu der zweiten Querschnittslänge etwa bei 2:1 liegt.
Das derartige Abstimmen der Parameter des zwölfeckigen Querschnitts jeder Zelle ermöglicht einer Vielzahl der Zellen derart miteinander verbunden zu sein, dass es zwischen den zwölfeckigen Zellen keinen Zwischenraum gibt. Mit anderen Worten sind alle vollständigen Zellen (d. h. Zellen, die nicht an einer Seite oder Fläche der Strukturkomponente abgeschnitten sind) mit einem zwölfeckigen Querschnitt miteinander verbunden, sodass es keine Lücken oder anders geformte Zellen dazwischen gibt. Auf diese Weise wird eine Zellstruktur bereitgestellt, die vollkommen aus Zellen besteht, die alle einen zwölfeckigen Querschnitt mit acht Innenecken mit einem Innenwinkel von etwa 90 Grad und vier Außenecken mit einem Innenwinkel von etwa 90 Grad aufweisen. Alternativ, wenn auch nicht dargestellt, können in einer anderen beispielhaften Ausführungsform Teilzellen (d. h. alternativ geformte Zellen mit einem Querschnitt mit einer unterschiedlichen Gesamtzahl an Ecken oder Innen- und Außenecken), die nicht an einer Seite oder Fläche einer Strukturkomponente abgeschnitten sind, durchsetzt von, und verbunden mit, Zellen in einer Zellstruktur sein, die einige Zellen einschließt, die einen zwölfeckigen Querschnitt mit acht Innenecken und vier Außenecken aufweisen.
Das derartige Abstimmen der Parameter des zwölfeckigen Querschnitts jeder Zelle ermöglicht darüber hinaus das Verbinden einer Vielzahl der Zellen miteinander, sodass sich mindestens eine Zelle der Vielzahl von Zellen eine Wand mit sechs weiteren Zellen der Vielzahl von Zellen teilt. Zum Beispiel teilt sich, was am besten in 3B ersichtlich ist, die Zelle 100A mindestens eine Wand mit jeder der Zellen 100B, 100C, 100D, 100E, 100F und 100G. Das derartige Auslegen des Querschnitts jeder Zelle kann mindestens eine der folgenden Eigenschaften verbessern: Festigkeit, Energieabsorption, Stabilität bei axialem Quetschen und einer axialen Quetschdistanz der Strukturkomponente. Zum Beispiel kann sich eine einzelne Zelle, die einen zwölfeckigen Querschnitt, der zwölf Seiten umfasst, aufweist, mindestens eine Seite des Querschnitts mit mindestens einer anderen Zelle teilen. In einem anderen Beispiel kann sich eine einzelne Zelle, die einen zwölfeckigen Querschnitt, der zwölf Seiten umfasst, aufweist, mindestens eine Wand mit sechs anderen zwölfeckigen Zelle teilen. Das heißt, dass sechs Zellen die einzelne Zelle umgeben, sodass sie sich einige Wände mit der einzelnen Zelle teilen. Die sechs Zellen umgeben die einzelne Zelle vollständig, sodass keine Zwischenräume zwischen der einzelnen Zelle und den sechs umgebenden Zellen angeordnet sind. Ferner kann sich die einzelne Zelle in einigen Fällen eine Wand mit mehr als einer zusätzlichen zwölfeckigen Zelle teilen. Zum Beispiel bildet, wie in 3B dargestellt, eine einzelne Wand der Zelle 100A eine Wand für jede von zwei unterschiedlichen aneinander angrenzenden Zellen, die Zellen 100G und 100F. Auf ähnliche Weise bildet eine andere einzelne Wand der Zelle 100A eine Wand für jede von zwei unterschiedlichen aneinander angrenzenden Zellen 100C und 100D. In jedem dieser Fälle lässt sich sagen, dass sich die einzelne Zelle 100A eine einzelne Wand mit zwei aneinander angrenzenden Zellen teilt.
Wie in 3B dargestellt, können sich die Zellen Längswände teilen. Alternativ kann jede Zelle jedoch ihre eigenen Längswände aufweisen, sodass zwei Längswände benachbarter Zellen Seiten bilden, die aus einer zweiwändigen Barriere zwischen jedem leeren Zellenhohlraum bestehen (nicht dargestellt).
In anderen verschiedenen alternativen Ausführungsformen kann eine Strukturkomponente beispielsweise einen Zellstrukturkern mit zwei im Wesentlichen ebenflächigen Strukturen auf gegenüberliegenden Seiten der Zellstruktur aufweisen, um eine Sandwich-Struktur zu bilden. Beispielsweise kann, wie in den 6A und 6B dargestellt, eine Sandwich-Struktur 600 eine Zellstruktur 602 zwischen der Deckenplatte 604 und der Bodenplatte 606 aufweisen. Die Decken- und Bodenplatte 604 und 606 können die Form einer beliebigen im Wesentlichen ebenflächigen Struktur haben. Die ebenflächigen Strukturen können beispielsweise aus Papier, Holz, Aluminiumlegierungen, Polymeren und carbon- oder glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen hergestellt sein und können opak, lichtdurchlässig, durchsichtig usw. sein. Beispielsweise in manchen Anwendungen, bei denen eine Sandwich-Struktur aus einer Zellstruktur gemäß den vorliegenden Lehren und mindestens einer im Wesentlichen ebenflächigen Struktur gebildet wird, kann eine der im Wesentlichen ebenflächigen Strukturen durchsichtig oder lichtdurchlässig sein, um einem Beobachter des Produkts, das die Zellstruktur enthält, zu ermöglichen, einen Abschnitt der Zellstruktur zu sehen, sodass die Zellstruktur einen Teil des ästhetischen Designs des Produkts bildet. Ein solcher Produkttyp ist beispielsweise in der U.S.-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. US20080014809 dargestellt, die durch Bezugnahme hier aufgenommen wird. Die in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. US20080014809 offenbarte Struktur soll lediglich beispielhaft sein und viele andere Strukturen können verwendet werden, wie der Fachmann verstehen wird.
Eine Zellstruktur, die in die verschiedenen hier berücksichtigten Sandwich-Strukturen integriert ist, schließt mindestens zwei Zellen ein, wobei jede Zelle eine Vielzahl von Längswänden aufweist, die sich zwischen einer Oberseite und einer Unterseite der Zelle erstrecken. Die Längswände kreuzen einander, um Ecken der Zelle zu bilden, und ein Querschnitt der Zelle kann zwölf Ecken aufweisen. Ferner kann jede Zelle beispielsweise einen zwölfeckigen Querschnitt gemäß den beispielhaften in den 1A–1B und 4A–4B dargestellten Ausführungsformen und/oder den hier dargelegten Beschreibungen davon aufweisen.
Abdeckstrukturen (z. B. Verkleidungen, Wände oder sonstige geeignete Abdeckstrukturen) können einstückig mit einer Zellstruktur mit herkömmlichen Mitteln wie etwa Abformen und/oder Gießen gebildet werden. Alternativ können Abdeckstrukturen geklebt, gekoppelt oder anderweitig mit beliebigen herkömmlichen Mitteln, wie etwa Adhäsion, Laminierung, mechanische Befestigung und/oder Schweißen, an der Zellstruktur befestigt werden.
Nun unter Bezugnahme auf die 4A und 4B ist eine andere beispielhafte Ausführungsform einer einzelnen Zelle 400 einer Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 4A ist eine Querschnittsansicht der einzelnen Zelle 400 einer Zellstruktur mit mehreren ausgelassenen Bezugszeichen und Bezugslinien, sodass die gesamte Querschnittsform deutlich gezeigt wird. 4B ist eine andere Querschnittsansicht einer einzelnen Zelle 400 einer Zellstruktur, die die Bezugszeichen einschließt, die in 4A weggelassen sind. Ähnlich der Zelle 100 weist die Zelle 400 Längswände 422 auf, die sich an Längskanten 424 treffen, die zwölf Seiten 402A–402L und zwölf Ecken definieren, von denen acht die Innenecken 404A–404H und vier die Außenecken 406A–406D des zwölfeckigen Querschnitts gemäß der vorliegenden Offenbarung sind. Jede Seite 402A–402L weist eine Querschnittslänge L₁–L₁₂ bzw. die Querschnittsdicken T₁–T₁₂ auf. Jede Innenecke 404A–404H weist jeweils einen Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i12 auf. Jede Außenecke 406A–406D weist einen jeweiligen Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 auf. Wie in den 4A und 4B dargestellt, kann jede Seite gerade sein und kann jede Ecke von geraden Kanten zweier benachbarter Seiten definiert sein. Alternativ, wenn auch nicht dargestellt, ist berücksichtigt, dass jede Ecke eine abgerundete Ecke mit einem gebogenen Radius sein kann und sich jede benachbarte gerade Seite von gegenüberliegenden Enden der abgerundeten Ecke erstrecken kann.
Jeder Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 jeder Innenecke 404A–404H ist im Wesentlichen gleich und ist jeder Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 jeder Außenecke 406A–406D im Wesentlichen gleich. In diesem Beispiel werden die Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 gemeinsam als Innenwinkel ϑ_i bezeichnet und die Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 werden gemeinsam als Außenwinkel ϑ_e bezeichnet. Ähnlich wie in 1A–1C stellen die 4A–4B ein Ausführungsbeispiel einer Zelle für eine Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, bei der der Innenwinkel ϑ_i in etwa ein rechter Winkel ist (d. h. etwa 90 Grad) und der Außenwinkel ϑ_a in etwa ein rechter Winkel ist (d. h. etwa 90 Grad). Somit stellen 1A und 1B ein Ausführungsbeispiel dar, in dem sowohl jeder der acht Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 als auch die vier Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 im Wesentlichen gleich sind und insbesondere jeder der Innenwinkel und Außenwinkel etwa ein rechter Winkel ist (d. h. etwa 90 Grad).
Wie die beispielhafte Zelle 100 (siehe 1A–1C, 2 und 3A–3B) stellt Zelle 400 ein Beispiel dafür bereit, wie die Querschnittslänge (z. B. L₁–L₁₂) jeder Seite (z. B. 402A–402L) in Bezug auf die Querschnittslänge einer oder mehrerer jeder anderen Seite variieren kann. In einigen Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung haben mindestens vier Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils eine erste Querschnittslänge, haben mindestens vier zusätzliche Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils eine zweite Querschnittslänge, die sich von der ersten Querschnittslänge unterschiedet, und haben mindestens vier weitere Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils eine dritte Querschnittslänge, die sich von der ersten Querschnittslänge und/oder der zweiten Querschnittslänge unterscheidet. Somit haben gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen vier Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils die erste Querschnittslänge, haben zwei zusätzliche Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils die zweite Querschnittslänge und haben sechs weitere Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) jeweils die dritte Querschnittslänge. Zum Beispiel weist die beispielhafte sich wiederholende Zelle 400 (siehe 4A–4B und 5A–5B) Querschnittslängen L₁, L₃, L₇ und L₉ von vier der Seiten 402A, 402C, 402G bzw. 402I auf, (von den zwölf Seiten 402A–402L insgesamt), die jeweils eine erste Querschnittslänge L_b (d. h. L₁ = L₃ = L₇ = L₉ = L_b) haben; die Querschnittslängen L₅ und L₁₁ von zwei der Seiten 402E bzw. 402K (von den zwölf Seiten 402A–402L insgesamt), die jeweils eine zweite Querschnittslänge L_d (d. h. L₅ = L₁₁ = L_d) aufweisen, die sich von der ersten Querschnittslänge L_b unterscheidet; und die Querschnittslängen L₂, L₄, L₆, L₈, L₁₀ und L₁₂ von sechs der Seiten 402B, 402D, 402F, 402H, 402J bzw. 402L (von den zwölf Seiten 402A–402L insgesamt), die jeweils eine dritte Querschnittslänge L_a (d. h. L₂ = L₄ = L₆ = L₈ = L₁₀ = L₁₂ = L_a) aufweisen.
Erneut in Bezug auf einen querlaufenden Querschnitt der Zelle(n) einer Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Größe einer Querschnittslänge einer oder mehrere Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) eines Querschnitts relativ zu einer anderen Querschnittslänge einer oder mehrerer zusätzlicher Seiten (von den zwölf Seiten insgesamt) des Querschnitts bemessen werden. Gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Verhältnis einer ersten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) zu einer zweiten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) im Bereich von etwa 1:2 bis etwa 1:10 liegen (d. h. L_b:L_d = etwa 1:2 bis etwa 1:10). Zum Beispiel liegt in der beispielhaften sich wiederholenden Zelle 400 (siehe 4A–4B, und 5A–5B) ein Verhältnis einer ersten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) von mindestens vier der Seiten 402A, 402C, 402G und 402I zu einer zweiten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) von mindestens zwei der Seiten 402E und 402K etwa bei 1:2 (d. h. L_b:L_d = etwa 1:2). Darüber hinaus kann gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Verhältnis einer ersten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) zu einer dritten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) im Bereich von etwa 1:5 bis etwa 5:1 liegen (d. h. L_b:L_d = etwa 1:5 bis etwa 5:1). Zum Beispiel liegt in der beispielhaften sich wiederholenden Zelle 400 (siehe 4A–4B, und 5A–5B) ein Verhältnis einer ersten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) von mindestens vier der Seiten 402A, 402C, 402G und 402I zu einer dritten Querschnittslänge (wie vorstehend erörtert) von mindestens vier der Seiten 402A, 402D, 402B, 402D, 402F, 402H, 402J und 402L etwa bei 1:2,9 (d. h. L_b:L_a = etwa 1:2,9). Wenngleich dies nicht dargestellt ist, liegt in einigen Ausführungsbeispielen ein Verhältnis einer ersten Querschnittslänge L_b (wie vorstehend erörtert) von mindestens vier der Seiten zu einer zweiten Querschnittslänge L_d (wie vorstehend erörtert) von mindestens zwei der Seiten zu einer dritten Querschnittslänge L_a (wie vorstehend erörtert) bei etwa 1:2:4 (d. h. L_b:L_d:L_a = 1:2:4).
Das derartige Abstimmen der Parameter des zwölfeckigen Querschnitts jeder Zelle ermöglicht darüber hinaus das Verbinden einer Vielzahl der Zellen miteinander, sodass sich mindestens eine Zelle der Vielzahl von Zellen eine Wand mit sechs weiteren Zellen der Vielzahl von Zellen teilt. Zum Beispiel teilt sich, was am besten in 5B ersichtlich ist, die Zelle 400A mindestens eine Wand mit jeder der Zellen 400B, 400C, 400D, 400E, 400F und 400G. Das derartige Auslegen des Querschnitts jeder Zelle kann mindestens eine der folgenden Eigenschaften verbessern: Festigkeit, Energieabsorption, Stabilität bei axialem Quetschen und einer axialen Quetschdistanz der Strukturkomponente.
Unter Bezugnahme auf 5A und 5B ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Strukturkomponente 500 dargestellt. 5 zeigt eine detaillierte Draufsicht einer Strukturkomponente 500. Das Innere der Strukturkomponente 500 ist vollständig mit einer Zellstruktur 501 gefüllt, die aus miteinander verbundenen, Zellen (z. B. 400A–400G), mit einem zwölfeckigen Querschnitt oder Fragmenten davon besteht. Alternativ ist vorgesehen, wenn auch nicht dargestellt, dass das Innere einer Strukturkomponente teilweise mit einer Zellstruktur gefüllt sein kann, die aus miteinander verbundenen Zellen mit einem zwölfeckigen Querschnitt besteht. Die Zellstruktur 501 kann sich entlang einer kompletten Länge der Strukturkomponente 500 erstrecken oder kann sich entlang eines Teils der Länge der Strukturkomponente erstrecken. Zusätzlich oder alternativ kann eine Vielzahl von Zellstrukturen in der Strukturkomponente 500 bereitgestellt sein, beispielsweise aufeinandergestapelt, um eine Länge der Strukturkomponente 500 auszufüllen. Zusätzlich oder alternativ kann, wie zuvor erläutert, ein Abschnitt einer oder mehrerer der Zellstrukturen 501 mindestens eine Art von Füllung enthalten, um eine Isolierung gegen Geräusche und/oder Wärme bereitzustellen und/oder zusätzliche Stärke zu bieten. Ferner ist vorgesehen, wenn auch nicht dargestellt, dass das Innere einer Strukturkomponente lediglich teilweise mit einer Zellstruktur gefüllt sein kann, die aus miteinander verbundenen Zellen 400 mit einem zwölfeckigen Querschnitt besteht (z. B. kann mindestens ein Teil einer Breite, Tiefe oder Höhe (Länge) der Strukturkomponente einen Abschnitt der einen oder mehreren in der Strukturkomponente enthaltenen Zellstrukturen nicht berühren).
Jede Zelle 400 der Zellstruktur 501 der Strukturkomponente 500 weist einen zwölfeckigen Querschnitt mit acht Innenecken und vier Außenecken auf. Die verschiedenen Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 jeder Innenecke und die verschiedenen Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 jeder Außenecke sind wie in der obigen Beschreibung der 4A–4B dargelegt bemessen. Zusätzlich weist jede Seitenwand der Zellen 400 im Wesentlichen die gleiche Querschnittsdicke auf und die Längen sind, wie oben beschrieben, aufeinander abgestimmt. Das derartige Abstimmen der Parameter des zwölfeckigen Querschnitts jeder Zelle ermöglicht einer Vielzahl der Zellen derart miteinander verbunden zu sein, dass es zwischen keinen der zwölfeckigen Zellen einen Zwischenraum gibt. Mit anderen Worten sind alle vollständigen Zellen (d. h. Zellen, die nicht an einer Seite oder Fläche der Strukturkomponente abgeschnitten sind) mit einem zwölfeckigen Querschnitt miteinander verbunden, sodass es keine Lücken oder anders geformte Zellen dazwischen gibt. Auf diese Weise wird eine Zellstruktur bereitgestellt, die vollkommen aus miteinander verbundenen Zellen besteht, die alle einen zwölfeckigen Querschnitt mit acht Innenecken und vier Außenecken aufweisen.
Wie hier erläutert und ausgeführt, können mehrere abstimmbare Parameter, darunter unter anderem die Längen L₁–L₁₄ und Dicken T₁–T₁₄ der Seiten der Zellen, die Innenwinkel ϑ_i1–ϑ_i8 und Außenwinkel ϑ_e1–ϑ_e4 der Ecken, alle in derselben Zellstruktur abgestimmt werden. Diese Parameter können alle in derselben Zellstruktur abgestimmt werden, um gewünschte Eigenschaften in der Strukturkomponente bereitzustellen.
In den veranschaulichten Ausführungsformen der 1A–5B können die Zellstruktur und/oder die gesamte Strukturkomponente eine einteilige Konstruktion aufweisen. Wie zuvor erwähnt, dienen die in den 1A bis 5B dargestellten einteiligen Konstruktionen lediglich als Beispiel und berücksichtigen die vorliegenden Lehren Strukturkomponenten und Zellstrukturen davon, die andere Konstruktionen, wie etwa eine zweiteilige Konstruktion oder eine Konstruktion mit drei oder mehr Teilen, aufweisen. Beispielsweise kann die Zellstruktur eine eigenständige Konstruktion sein von der einer Platte, Wand oder anderen Art von Abdeckstruktur, die die eine oder mehreren Seiten oder Flächen einer Strukturkomponente definiert, wodurch eine Strukturkomponente mit einer inneren Zellstruktur bereitgestellt wird, die mindestens aus einer zweiteiligen Konstruktion besteht.
Allgemeiner berücksichtigen die verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Lehren beispielsweise Strukturkomponenten mit einer inneren Zellstruktur, die Zellen mit Querschnittsseiten mit variablen Querschnittsdicken und/oder mit variablen verjüngten Längswänden und -kanten aufweist. Verschiedene zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen berücksichtigen Strukturkomponenten mit mindestens einer Seite oder Fläche, die offen ist oder von mindestens einer Platte, Wand oder einer anderen Art von Abdeckstruktur definiert ist, und dass die eine oder mehreren Seiten oder Flächen gebogen und/oder gekrümmt sind. Darüber hinaus, um das Faltmuster und/oder die Spitzenbelastbarkeit einer Strukturkomponente weiter anzupassen, berücksichtigen verschiedene zusätzliche beispielhafte Ausführungsformen außerdem Strukturkomponenten und/oder die Zellen der Zellstruktur davon, die Auslöselöcher, Flansche und/oder Faltungen aufweisen, wie der Fachmann versteht.
Wie oben erwähnt, kann eine beispielhafte Strukturkomponente gemäß der vorliegenden Offenbarung mehrere Zellstrukturen umfassen, wobei jede Zellstruktur Zellen mit verschiedenen Parametern und/oder unterschiedlichen Materialien gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist. Kombinationen einer oder mehrerer der oben beschriebenen Variationen sind ebenso berücksichtigt. Beispielsweise können, wie in einer Vielzahl von Zellstrukturen dargestellt, die Schichten übereinander platziert werden, sodass eine erste Zellstrukturschicht anders bemessene Zellen, Länge und/oder Materialien aufweist als eine zweite Zellstrukturschicht. Die erste und zweite Zellstrukturschicht können optional eine oder mehrere Plattenschichten aufweisen, die zwischen ihnen angeordnet sind, um das Verbinden der Zellstrukturschichten zu erleichtern, um Verformungsweisen und Quetschkräfte der Zellstrukturschichten zu steuern, und/oder um zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit bereitzustellen.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Vielzahl von Zellstrukturen der oben beschriebenen unterschiedlichen Arten aufeinandergestapelt werden. Beispielsweise kann eine beispielhafte gestapelte Struktur eine erste Zellstrukturschicht, die vollkommen aus verbundenen Zellen besteht, die jeweils einen zwölfeckigen Querschnitt aufweisen, und eine zweite Zellstrukturschicht einschließen, die einige Zellen, die einen zwölfeckigen Querschnitt aufweisen, und einige alternativ geformte Zellen einschließt. Eine andere beispielhafte gestapelte Struktur kann eine erste Zellstrukturschicht, die vollkommen aus verbundenen Zellen besteht, die jeweils einen zwölfeckigen Querschnitt aufweisen, und eine zweite Zellstrukturschicht, die vollkommen aus verbundenen Zellen besteht, die jeweils einen zwölfeckigen Querschnitt mit verschiedenen Abmessungen im Vergleich zur ersten Zellstrukturschicht aufweisen, einschließen. Eine noch andere beispielhafte gestapelte Struktur kann eine erste Zellstrukturschicht, die einige Zellen, die einen zwölfeckigen Querschnitt aufweisen, und einige alternativ geformte Zellen einschließt, und eine zweite Zellstrukturschicht, die einige Zellen, die einen zwölfeckigen Querschnitt aufweisen, und einige alternativ geformte Zellen mit unterschiedlichen Abmessungen im Vergleich zu den Zellen der ersten Zellstrukturschicht einschließt, einschließen.
Ansichten einer beispielhaften Strukturkomponente mit mehreren Zellstrukturen sind in den 7A–7D dargestellt. 7A zeigt eine Explosionsansicht einer Strukturkomponente 700 mit drei Zellstrukturschichten, wobei jede Zellstrukturschicht eine Vielzahl von Zellen aufweist und jede vollständige Zelle einen beispielhaften zwölfeckigen Querschnitt gemäß den vorliegenden Lehren aufweist. Die 7B, 7C und 7D zeigen eine Draufsicht der ersten Zellstrukturschicht 701, der zweiten Zellstrukturschicht 702 bzw. der dritten Zellstrukturschicht 703. Mit einander verglichen, wie in den beispielhaften 7A–7D dargestellt, können sich die Größe des Zellquerschnitts und eine Länge der Wände (d. h. eine Länge der Zellen, die die Zellstrukturschicht bilden) von einer Zellstruktur zur anderen unterscheiden. Beispielsweise weist die erste Zellstrukturschicht 701 Zellen mit relativ kurzen horizontalen Längen und relativ langen Längslängen auf. Die zweite Zellstrukturschicht 702 Zellen weist relativ lange horizontale Länge und relativ kurze Längslängen auf. Die dritte Zellstrukturschicht 703 Zellen weist relativ kurze horizontale Längen und relativ kurze Längslängen auf. Optional, wenn auch nicht dargestellt, können die Strukturen (z. B. Platten) zwischen den Schichten 701, 702 und 703 angeordnet sein. Zusätzlich, obwohl nicht dargestellt, können die Strukturen (z. B. Platten ähnlich der Deckenplatte 604 und Bodenplatte 606 aus den 6A–6B) derart angeordnet sein, dass sie über den freiliegenden Flächen der Zellstrukturen 701, 702 und/oder 703 liegen.
Um die verbesserte Festigkeit und die verbesserten Leistungsmerkmale einer Zellstruktur zu veranschaulichen, die aus Zellen besteht, die einen zwölfeckigen Querschnitt mit acht Innenwinkeln und vier Außenwinkeln gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweisen, verglich der Erfinder verschiedene bestehende und herkömmliche Zellquerschnittausgestaltungen mit zwölfeckigen Zellquerschnitten auf Grundlage der hier offenbarten Auslegung. Beispielhafte Strukturkomponenten mit inneren Zellstrukturen wurden modelliert und Drucksimulationsläufe wurden, wie unten unter Bezugnahme auf die 8A–17 dargestellt und beschrieben, durchgeführt.
Finite-Elemente-Modelle von Strukturkomponenten mit inneren Zellstrukturen, die untereinander verbundene Zellen mit unterschiedlichen Formen (d. h. Querschnitten) aufweisen, die die gleiche Dicke und Länge aufweisen, wurden, wie in den 8A–8C veranschaulicht, entwickelt. 8A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Strukturkomponente 800 mit einer inneren Zellstruktur, die untereinander verbundene Zellen aufweist, wobei jede vollständige Zelle einen einfachen viereckigen Querschnitt (d. h. eine rechteckige Form) aufweist. 8B zeigt eine perspektivische Ansicht einer Strukturkomponente 900 mit einer inneren Zellstruktur, die untereinander verbundene Zellen aufweist, wobei jede vollständige Zelle einen einfachen sechseckigen Querschnitt (d. h. eine sechseckige Form) aufweist. 8C zeigt eine perspektivische Ansicht einer Strukturkomponente 1000 mit einer inneren Zellstruktur, die untereinander verbundene Zellen aufweist, wobei jede vollständige Zelle gemäß den vorliegenden Lehren und ähnlich der aus den 3A–3B, wie oben beschrieben, einen zwölfeckigen Querschnitt aufweist.
Die Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 wurden derart modelliert, dass sie möglichst die gleiche Gesamtzahl an Zellen haben. Die Zellstruktur der Strukturkomponente 800 weist 50 rechteckige Zellen auf, die Zellstruktur der Strukturkomponente 900 weist 50 sechseckige Zellen auf und die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 weist 48 zwölfeckige Zellen auf.
Die Strukturkomponenten 800, 900, 1000 weisen ungefähr die gleiche Gesamtmasse, Masse pro Zelle, Seitendicken und Länge (d. h. Länge entlang der z-Achse) auf. Indem die Gesamtmasse, zellenbezogene Masse, Seitendicken und Gesamtzahl der Zellen ungefähr gleichbleiben, haben die Strukturkomponenten 800, 900, 1000 jeweils unterschiedliche Querabmessungen (d. h. Längen entlang der x- und y-Achse). Insbesondere wurde die Strukturkomponente 800 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 185 mm × 185 mm aufweist; die Strukturkomponente 900 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 178 mm × 178 mm aufweist; und wurde die Strukturkomponente 1000 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 173 mm × 130 mm aufweist. Die Länge jeder der Strukturkomponente 800, 900 und 1000 beträgt 100 mm.
Um die Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 mit inneren Zellstrukturen zu vergleichen, die untereinander verbundene Zellen mit unterschiedlichen Formen aufweisen, wurden die beispielhaften Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 mit einer inneren Zellstruktur, wie strukturell oben beschrieben, modelliert. Beim Modellieren wurde die Zellstruktur der Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 aus Aluminium hergestellt. Mehrere experimentelle Finite-Elemente-Testläufe wurden mit den Aluminiumausführungen der Strukturkomponenten 800, 900 und 1000, wie unten unter Bezugnahme auf die 9–11 dargestellt und beschrieben, durchgeführt.
Die Testläufe für jede Strukturkomponente simulierten einen Aufprall mit der gleichen Randbedingung, starren Masse (z. B. einem Impaktor), Aufprallgeschwindigkeit und kinetischen Ursprungsenergie.
Eine dynamische Quetschung von Aluminiumausführungen der modellierten Strukturkomponenten 800, 900 bzw. 1000 wurde simuliert. Während jeder Quetschung wird der Impaktor von einer Gaspistole mit einer bestimmten Masse und einer anfänglichen Aufprallgeschwindigkeit antreiben, was eine bestimmte kinetische Ursprungsenergie erzeugt. Die kinetische Ursprungsenergie quetscht die Strukturkomponente und die kinetische Ursprungsenergie wird in die innere Energie der Strukturkomponente und Zellstruktur davon umgewandelt. Die Leistung jeder Strukturkomponente und Zellstruktur davon kann durch Messen der Quetschverdrängung, Quetschkraft und spezifischen Energieabsorption jeder Strukturkomponente verglichen werden. Während der simulierten dynamischen Quetschung zeigte die Strukturkomponente 1000, die eine Aluminiumzellstruktur mit zwölfeckigen Zellen gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, eine kürzere Quetschverdrängung und eine kürzere Faltlänge (d. h. eine konzentriertere Verformung) als die Strukturkomponenten 800 und 900, die eine Aluminiumzellstruktur mit rechteckigen bzw. sechseckigen Zellen aufweisen. Zusätzlich zeigten die Aluminiumausführungen der Strukturkomponenten 800 und 900, wie nachgewiesen, unerwünschterweise unregelmäßigere Quetschmustern, insbesondere durch weniger konzentrierte und/oder schwerere und umfassendere plastische Verformung in Abschnitten der Strukturkomponenten 800 und 900 in früheren Phasen der simulierten Quetschung (z. B. bei 4–8 Millisekunden).
9 ist eine grafische Darstellung der dynamischen Quetschkraft (in kN), die axial an den modellierten Aluminiumausführungen der beispielhaften Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 absorbiert wird, und der dazugehörigen axialen Quetschverdrängung (in mm) für die oben beschriebene simulierte dynamische Quetschung. Die Quetschkraftwerte (in kN) im Diagramm wurden normalisiert, um der leicht unterschiedlichen Anzahl von Zellen und der Masse jeder der Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 Rechnung zu tragen, sodass ein normalisierter Vergleich auf Grundlage einer zellenbezogenen Masse und einer längenbezogenen Masse angestellt werden kann. Wie in 9 dargestellt, konnte die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung einer viel größeren Quetschkraft für eine bestimmte resultierende Quetschdistanz im Vergleich zu den rechteckigen und sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstrukturen der Strukturkomponenten 800 und 900 standhalten. Insbesondere, wenn über einen Verdrängungsbereich von 0 bis 60 mm gemittelt, erreichten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Zunahme von etwa 36,3% an normalisierter durchschnittlicher Quetschkraft im Vergleich zu den sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 900. Die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 erreichten außerdem eine Zunahme von etwa 79,2% der normalisierten durchschnittlichen Quetschkraft (über einen Bereich von 0 bis 60 mm Verdrängung) im Vergleich zu den rechteckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 800.
10 ist eine grafische Darstellung der dynamischen axialen Quetschenergie (in kN-mm), die axial von der modellierten Aluminiumausführung der beispielhaften Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 absorbiert wird, und der dazugehörigen axialen Quetschverdrängung (in mm) für die oben beschriebene simulierte dynamische Quetschung. Die Quetschenergiewerte (in kN-) im Diagramm wurden normalisiert, um der leicht unterschiedlichen Anzahl von Zellen und der Masse jeder der Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 Rechnung zu tragen, sodass ein Vergleich auf Grundlage einer zellenbezogenen Masse und einer längenbezogenen Masse angestellt werden kann. Wie in 10 dargestellt, konnten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung die gleiche kinetische Gesamtenergie des Aufpralls über eine viel kürzere Distanz absorbieren im Vergleich zu den rechteckigen und sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstrukturen der Strukturkomponenten 800 bzw. 900. Insbesondere, beispielsweise bei einer Verdrängung von 60 mm, hatten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung etwa 36,3% mehr Energie absorbiert im Vergleich zur Energiemenge, die von den sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 900 bei einer Verdrängung von 60 mm absorbiert wurde. Die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung hatten außerdem etwa 79,2% mehr Energie bei einer Verdrängung von 60 mm absorbiert im Vergleich zur Energiemenge, die von den rechteckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 800 bei einer Verdrängung von 60 mm absorbiert wurde.
Eine quasi-statische Quetschung von Aluminiumausführungen der modellierten Strukturkomponenten 800, 900 bzw. 1000 wurde ebenso modelliert. Die Ergebnisse der simulierten quasi-statischen Quetschung für jedes Aluminiummodell sind in 11 grafisch dargestellt. Während jeder quasi-statischen Quetschung ist die Aufprallgeschwindigkeit gering (z. B. 1 Zoll/min). Ein Impaktor komprimiert die Strukturkomponenten mit einer kontrollierten Verdrängung. Daher erreichen alle Strukturkomponenten die gleiche Quetschdistanz zur gleichen Quetschzeit. Somit bietet das Unterwerfen der Strukturkomponenten mit verschiedenen Zellstrukturen einer quasi-statischen Quetschung einen Vergleich des Verformungswiderstands (einschließlich der Verformungsschwere im elastischen und plastischen Bereich) und der Spitzenkraft der Strukturkomponenten. Wie er hier verwendet wird, ist der Ausdruck „Spitzenkraft“ als die Höchstlast einer Druckkraft definiert, der eine Struktur standhalten kann, bevor diese plastische Verformung (im Gegensatz zu elastischer Verformung) zeigt. Der Fachmann versteht, dass plastische Verformung eine dauerhafte, nicht reversible Verformung ist, die nach der Entfernung der Drucklast bestehen bleibt, und dass elastische Verformung eine vorübergehende, reversible Verformung ist, die bei Entfernung der Drucklast nachlässt. Die quasi-statische Belastungsbedingung informiert darüber, wie sich eine Struktur in Situationen wie beispielsweise beim Laden von Fracht und/oder beim Einsteigen von Passagieren, verhält.
Bei der simulierten quasi-statischen Quetschung der Aluminiumausführungen der modellierten Strukturkomponenten 800, 900 und 1000, wies die Aluminiumstrukturkomponente 1000 auf jeder Stufe der kontrollierten Verdrängung weniger Verformung auf, so auch im elastischen und plastischen Verformungsbereich, im Vergleich zu den Aluminiumstrukturkomponenten 800 bzw. 900. Zusätzlich breitete sich die beobachtete Verformung in den Strukturkomponenten 800 und 900 schneller auf die unteren Abschnitte der Zellwände aus als in der Strukturkomponente 1000. Dementsprechend war die plastische Verformung, die in der Strukturkomponente 1000 auftrat, örtlich begrenzter, da sie sich auf Bereiche nahe des Impaktors konzentrierte, während die plastische Verformung der Strukturkomponenten 800 und 900 weitreichender war, da sie sich auf die gesamte Struktur ausbreitete. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Strukturkomponente 1000 eine höhere Widerstandskraft gegenüber elastischer und plastischer Verformung im Vergleich zu den Strukturkomponenten 800 und 900 aufweist. Tritt plastische Verformung nicht unter einer sehr schweren Belastungsbedingung auf, zeigt eine Strukturkomponente 1000 eine weniger schwere und örtlich begrenztere plastische Verformung, sodass daher erwartet wird, dass sie einfacher und billiger zu reparieren ist.
11 ist eine grafische Darstellung der normalisierten Quetschkraft (in kN), die axial an der modellierten Aluminiumausführung der beispielhaften Strukturkomponenten 800, 900 und 1000 absorbiert wird, und der dazugehörigen axialen Quetschverdrängung (in mm) für die oben beschriebene simulierte quasi-statische Quetschung. Die Quetschkraftwerte (in kN) im Diagramm wurden normalisiert, um der leicht unterschiedlichen Anzahl von Zellen und der Masse jeder Strukturkomponente 800, 900 und 1000 Rechnung zu tragen, sodass ein Vergleich auf Grundlage einer zellenbezogenen Masse und einer längenbezogenen Masse angestellt werden kann. Wie in 11 dargestellt, zeigten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung die größere normalisierte Spitzenkraft im Vergleich zu den rechteckigen und sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstrukturen der Strukturkomponenten 800 bzw. 900. Insbesondere erreichten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine normalisierte Spitzenkraft von etwa 6,64 kN, wiesen die sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 900 eine normalisierte Spitzenkraft von etwa 5,64 kN auf und wiesen die rechteckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 800 eine normalisierte Spitzenkraft von etwa 4,04 kN auf. Somit erreichen die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Zunahme von etwa 17,7% an normalisierter Spitzenkraft im Vergleich zu den sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 900 und eine Zunahme von etwa 64,4% an normalisierter Spitzenkraft im Vergleich zu den rechteckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 800. Die obenstehenden Ergebnisse bestätigen, dass die Strukturkomponente 1000 einer viel größeren Last standhalten kann, bevor sie plastische Verformung zeigt, als die Strukturkomponenten 800 und 900.
Zum weiteren Vergleich wurden Finite-Elemente-Modelle von Strukturkomponenten mit inneren Zellstrukturen, die untereinander verbundene Zellen mit unterschiedlichen Formen (d. h. Querschnitten) aufweisen, die die gleiche Dicke aufweisen, wie in 12 veranschaulicht, entwickelt. 12 stellt perspektivische Ansichten einer Strukturkomponente 1100 mit inneren Zellstrukturen dar, die untereinander verbundene Zellen aufweisen, wobei jede vollständige Zelle einen einfachen, viereckigen Querschnitt (d. h. eine quadratische Form), eine andere Strukturkomponente 1200 mit inneren Zellstrukturen, die miteinander verbundene Zellen aufweisen, wobei jede vollständige Zelle einen einfachen, viereckigen Querschnitt (d. h. eine quadratische Form) aufweist, und eine Strukturkomponente 1000 mit inneren Zellstrukturen, die miteinander verbundene Zellen aufweisen, wobei jede vollständige Zelle einen zwölfeckigen Querschnitt aufweist.
Die Zellstruktur der Strukturkomponente 1100 weist 49 quadratische Zellen auf, die Zellstruktur der Strukturkomponente 1200 weist 49 quadratische Zellen auf und die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 weist 48 zwölfeckige Zellen auf.
Die Strukturkomponenten 1100 und 1000 haben ungefähr die gleiche Gesamtmasse, Masse pro Zelle, Seitendicken und Länge (d. h. Länge entlang der z-Achse). Indem die Gesamtmasse, zellenbezogene Masse, Seitendicken und Gesamtzahl der Zellen ungefähr gleichbleiben, haben die Strukturkomponenten 1100 und 1200 jeweils unterschiedliche Querabmessungen (d. h. Längen entlang der x- und y-Achse). Insbesondere wurde die Strukturkomponente 1100 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 195 mm × 195 mm aufweist; und wurde die Strukturkomponente 1000 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 173 mm × 130 mm aufweist. Zum weiteren Vergleich wurde die Strukturkomponente 1200 derart modelliert, dass sie ungefähr die gleiche Seitendicke und Länge aber eine höhere Gesamtmasse und Masse pro Zelle aufweist. Dementsprechend weist die Strukturkomponente 1200 unterschiedliche Querabmessungen auf. Insbesondere wurde die Strukturkomponente 1200 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 308 mm × 308 mm aufweist. Die Länge jeder der Strukturkomponente 1100, 1200 und 1000 beträgt 100 mm.
Um die Strukturkomponenten 1100, 1200 und 1100 mit inneren Zellstrukturen zu vergleichen, die untereinander verbundene Zellen mit unterschiedlichen Formen aufweisen, wurden die beispielhaften Strukturkomponenten 1100, 1200 und 1000 mit einer inneren Zellstruktur, wie strukturell oben beschrieben, modelliert. Beim Modellieren wurde die Zellstruktur der Strukturkomponenten 1100, 1200 und 1000 aus Aluminium hergestellt. Mehrere experimentelle Finite-Elemente-Testläufe wurden mit den Aluminiumausführungen der Strukturkomponenten 1100, 1200 und 1000, wie unten unter Bezugnahme auf die 13–14 dargestellt und beschrieben, durchgeführt. Insbesondere wurde die Aluminiumausführung der in 12 dargestellten Zellstruktur 1200 derart modelliert, dass sie etwa 60% mehr Masse als die Aluminiumausführungen der Zellstrukturen 1100 und 1000 aufweist.
Die Testläufe für jede Strukturkomponente simulierten einen Aufprall mit der gleichen Randbedingung, starren Masse (z. B. einem Impaktor), Aufprallgeschwindigkeit und kinetischen Ursprungsenergie.
Eine dynamische Quetschung von Aluminiumausführungen der modellierten Strukturkomponenten 1100, 1200 bzw. 1000 wurde simuliert. Während jeder Quetschung wird der Impaktor von einer Gaspistole mit einer bestimmten Masse und einer anfänglichen Aufprallgeschwindigkeit antreiben, was eine bestimmte kinetische Ursprungsenergie erzeugt. Die kinetische Ursprungsenergie quetscht die Strukturkomponenten und die kinetische Ursprungsenergie wird in die innere Energie der Strukturkomponenten und Zellstrukturen davon umgewandelt. Die Leistung jeder Strukturkomponente und Zellstruktur davon kann durch Messen der Quetschverdrängung, Quetschkraft und spezifischen Energieabsorption jeder Strukturkomponente verglichen werden. Während der simulierten dynamischen Quetschung zeigte die Strukturkomponente 1000, die eine Aluminiumzellstruktur mit zwölfeckigen Zellen gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, eine kürzere Quetschverdrängung als die Strukturkomponenten 1100 und 1200, die eine Aluminiumzellstruktur mit rechteckigen Zellen aufweisen. Außerdem zeigten die zwölfeckigen Zellen in der Strukturkomponente 1000 kürzere Faltlängen als die rechteckigen Zellen in den Strukturkomponenten 1100 bzw. 1200. Zusätzlich zeigten die Aluminiumausführungen der Strukturkomponenten 1100 und 1200, wie nachgewiesen, unerwünschterweise unregelmäßigere Quetschmuster, insbesondere durch weniger konzentrierte und/oder schwerere und umfassendere plastische Verformung in unteren Abschnitten der Strukturkomponenten 1100 und 1200.
13 ist eine grafische Darstellung der dynamischen Quetschkraft (in kN), die axial an der modellierten Aluminiumausführung der beispielhaften Strukturkomponenten 1100, 1200 und 1000 absorbiert wird, und der dazugehörigen axialen Quetschverdrängung (in mm) für die oben beschriebene simulierte dynamische Quetschung. Wie in 13 dargestellt, hielten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung einer größeren Quetschkraft für eine bestimmte resultierende Quetschdistanz im Vergleich zu den viereckigen Aluminiumzellen der Zellstrukturen der Strukturkomponenten 1100 und 1200 stand. Insbesondere, wenn über einen Verdrängungsbereich von 0 bis 60 mm gemittelt, erreichte die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 mit den zwölfeckigen Aluminiumzellen gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Zunahme von etwa 54,9% an durchschnittlicher Quetschkraft im Vergleich zur Zellstruktur der Strukturkomponente 1100 mit quadratischen Aluminiumzellen. Die zwölfeckige Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 mit zwölfeckigen Aluminiumzellen erreichte ebenso eine Zunahme von etwa 10,6% an durchschnittlicher Quetschkraft (über den Verdrängungsbereich von 0 bis 60 mm) im Vergleich zur Zellstruktur der Strukturkomponente 1200 mit quadratischen Aluminiumzellen trotz der Tatsache, dass die Strukturkomponente 1200 eine viel größere Gesamtmasse sowie größere Querabmessungen als die Strukturkomponente 1000 aufweist.
14 ist eine grafische Darstellung der dynamischen axialen Quetschenergie (in kN-mm), die axial von der modellierten Aluminiumausführung der beispielhaften Strukturkomponenten 1100, 1200 und 1000 absorbiert wird, und der dazugehörigen axialen Quetschverdrängung (in mm) für die oben beschriebene simulierte dynamische Quetschung. Wie in 14 dargestellt, konnten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung die gleiche kinetische Gesamtenergie des Aufpralls über eine kürzere Distanz absorbieren im Vergleich zu den viereckigen Aluminiumzellen der Zellstrukturen der Strukturkomponenten 1100 und 1200. Insbesondere, z. B. bei einer Verdrängung von 60 mm, hatte die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 mit zwölfeckigen Aluminiumzellen gemäß der vorliegenden Offenbarung etwa 54,9% mehr Energie im Vergleich zur Menge an Energie absorbiert, die von der Zellstruktur der Strukturkomponente 1100 mit quadratischen Aluminiumzellen bei einer Verdrängung von 60 mm absorbiert wurde. Die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 mit zwölfeckigen Aluminiumzellen gemäß der vorliegenden Offenbarung hatte außerdem etwa 10,6% mehr Energie bei einer Verdrängung von 60 mm im Vergleich zur Menge an Energie absorbiert, die von der Zellstruktur der Strukturkomponente 1200 mit quadratischen Aluminiumzellen bei einer Verdrängung von 60 mm absorbiert wurde, trotz der Tatsache, dass die Strukturkomponente 1200 eine viel größere Gesamtmasse sowie größere Querabmessungen als die Strukturkomponente 1000 aufweist.
Zusätzlich wurden zum weiteren Vergleich Finite-Elemente-Modelle von Strukturkomponenten mit inneren Zellstrukturen, die untereinander verbundene Zellen mit unterschiedlichen Formen (d. h. Querschnitten) aufweisen, die die gleiche Dicke aufweisen, wie in 15 veranschaulicht, entwickelt. 15 stellt perspektivische Ansichten einer Strukturkomponente 1300 mit inneren Zellstrukturen dar, die untereinander verbundene Zellen aufweisen, wobei jede vollständige Zelle einen einfachen, sechseckigen Querschnitt (d. h. eine sechseckige Form), eine andere Strukturkomponente 1400 mit inneren Zellstrukturen, die miteinander verbundene Zellen aufweisen, wobei jede vollständige Zelle einen einfachen, sechseckigen Querschnitt (d. h. eine sechseckige Form) aufweist, und eine Strukturkomponente 1000 mit inneren Zellstrukturen, die miteinander verbundene Zellen aufweisen, wobei jede vollständige Zelle einen zwölfeckigen Querschnitt aufweist.
Die Zellstruktur der Strukturkomponente 1300 weist 48 sechseckige Zellen auf, die Zellstruktur der Strukturkomponente 1400 weist 48 sechseckige Zellen auf und die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 weist 48 zwölfeckige Zellen auf.
Die Strukturkomponenten 1300 und 1400 haben ungefähr die gleiche Gesamtmasse, Masse pro Zelle, Seitendicken und Länge (d. h. Länge entlang der z-Achse). Indem die Gesamtmasse, zellenbezogene Masse, Seitendicken und Gesamtzahl der Zellen ungefähr gleichbleiben, haben die Strukturkomponenten 1300 und 1400 jeweils unterschiedliche Querabmessungen (d. h. Längen entlang der x- und y-Achse). Insbesondere wurde die Strukturkomponente 1300 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 202 mm × 176 mm aufweist; und wurde die Strukturkomponente 1000 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 173 mm × 130 mm aufweist. Zum weiteren Vergleich wurde die Strukturkomponente 1400 derart modelliert, dass sie ungefähr die gleiche Seitendicke und Länge aber eine höhere Gesamtmasse und Masse pro Zelle und Längslänge aufweist. Dementsprechend weist die Strukturkomponente 1400 unterschiedliche Querabmessungen auf. Insbesondere wurde die Strukturkomponente 1400 derart modelliert, dass sie Querabmessungen von 260 mm × 227 mm aufweist. Die Länge jeder der Strukturkomponente 1300, 1400 und 1000 beträgt 100 mm.
Um die Strukturkomponenten 1300, 1400 und 1000 mit inneren Zellstrukturen zu vergleichen, die untereinander verbundene Zellen mit unterschiedlichen Formen aufweisen, wurden die beispielhaften Strukturkomponenten 1300, 1400 und 1000 mit einer inneren Zellstruktur, wie strukturell oben beschrieben, modelliert. Beim Modellieren wurde die Zellstruktur der Strukturkomponenten 1300, 1400 und 1000 aus Aluminium hergestellt. Experimentelle Finite-Elemente-Testläufe wurden mit den Aluminiumausführungen der Strukturkomponenten 1300, 1400 und 1000, wie unten unter Bezugnahme auf die 16–17 dargestellt und beschrieben, durchgeführt. Insbesondere wurde die Aluminiumausführung der in 15 dargestellten Zellstruktur 1400 derart modelliert, dass sie etwa 30% mehr Masse als die Aluminiumausführungen der Zellstrukturen 1300 und 1000 aufweist.
Die Testläufe für jede Strukturkomponente simulierten einen Aufprall mit der gleichen Randbedingung, starren Masse (z. B. einem Impaktor), Aufprallgeschwindigkeit und kinetischen Ursprungsenergie.
Eine dynamische Quetschung von Aluminiumausführungen der modellierten Strukturkomponenten 1300, 1400 bzw. 1000 wurde simuliert. Während jeder Quetschung wird der Impaktor von einer Gaspistole mit einer bestimmten Masse und einer anfänglichen Aufprallgeschwindigkeit antreiben, was eine bestimmte kinetische Ursprungsenergie erzeugt. Die kinetische Ursprungsenergie quetscht die Strukturkomponenten und die kinetische Ursprungsenergie wird in die innere Energie der Strukturkomponenten und Zellstrukturen davon umgewandelt. Die Leistung jeder Strukturkomponente und Zellstruktur davon kann durch Messen der Quetschverdrängung, Quetschkraft und spezifischen Energieabsorption jeder Strukturkomponente verglichen werden. Während der simulierten dynamischen Quetschung zeigte die Strukturkomponente 1000, die eine Aluminiumzellstruktur mit zwölfeckigen Zellen gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist, eine kürzere Quetschverdrängung als die Strukturkomponenten 1300 und 1400, die eine Aluminiumzellstruktur mit sechseckigen Zellen aufweisen. Außerdem zeigten die zwölfeckigen Zellen in der Strukturkomponente 1000 kürzere Faltlängen als die sechseckigen Zellen in den Strukturkomponenten 1300 bzw. 1400. Zusätzlich zeigten die Aluminiumausführungen der Strukturkomponenten 1300 und 1400, wie nachgewiesen, unerwünschterweise unregelmäßigere Quetschmuster, insbesondere durch weniger konzentrierte und/oder schwerere und umfassendere plastische Verformung in unteren Abschnitten der Strukturkomponenten 1300 und 1400.
16 ist eine grafische Darstellung der dynamischen Quetschkraft (in kN), die axial an der modellierten Aluminiumausführung der beispielhaften Strukturkomponenten 1300, 1400 und 1000 absorbiert wird, und der dazugehörigen axialen Quetschverdrängung (in mm) für die oben beschriebene simulierte dynamische Quetschung. Wie in 16 dargestellt, hielten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung einer größeren Quetschkraft für eine bestimmte resultierende Quetschdistanz im Vergleich zu den sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstrukturen der Strukturkomponenten 1300 und 1400 stand. Insbesondere, wenn über einen Verdrängungsbereich von 0 bis 60 mm gemittelt, erreichte die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 mit den zwölfeckigen Aluminiumzellen gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Zunahme von etwa 29,9% an durchschnittlicher Quetschkraft im Vergleich zur Zellstruktur der Strukturkomponente 1300 mit sechseckigen Aluminiumzellen. Die zwölfeckige Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 mit zwölfeckigen Aluminiumzellen erreichte ebenso eine Zunahme von etwa 13,1% an durchschnittlicher Quetschkraft (über den Verdrängungsbereich von 0 bis 60 mm) im Vergleich zur Zellstruktur der Strukturkomponente 1400 mit sechseckigen Aluminiumzellen trotz der Tatsache, dass die Strukturkomponente 1400 eine viel größere Gesamtmasse sowie größere Querabmessungen als die Strukturkomponente 1000 aufweist.
17 ist eine grafische Darstellung der dynamischen axialen Quetschenergie (in kN-mm), die axial von der modellierten Aluminiumausführung der beispielhaften Strukturkomponenten 1300, 1400 und 1000 absorbiert wird, und der dazugehörigen axialen Quetschverdrängung (in mm) für die oben beschriebene simulierte dynamische Quetschung. Wie in 18 dargestellt, konnten die zwölfeckigen Aluminiumzellen der Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 gemäß der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu den sechseckigen Aluminiumzellen der Zellstrukturen der Strukturkomponenten 1300 und 1400 die gleiche kinetische Gesamtenergie des Aufpralls über eine kürzere Distanz absorbieren. Insbesondere, z. B. bei einer Verdrängung von 60 mm, hatte die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 mit zwölfeckigen Aluminiumzellen gemäß der vorliegenden Offenbarung etwa 29,9% mehr Energie im Vergleich zur Menge an Energie absorbiert, die von der Zellstruktur der Strukturkomponente 1300 mit sechseckigen Aluminiumzellen bei einer Verdrängung von 60 mm absorbiert wurde. Die Zellstruktur der Strukturkomponente 1000 mit zwölfeckigen Aluminiumzellen gemäß der vorliegenden Offenbarung hatte außerdem etwa 13,1% mehr Energie bei einer Verdrängung von 60 mm im Vergleich zur Menge an Energie absorbiert, die von der Zellstruktur der Strukturkomponente 1400 mit sechseckigen Aluminiumzellen bei einer Verdrängung von 60 mm absorbiert wurde, trotz der Tatsache, dass die Strukturkomponente 1400 eine viel größere Gesamtmasse sowie größere Querabmessungen als die Strukturkomponente 1000 aufweist.
Zellstrukturen mit untereinander verbundenen Zellen mit einem zwölfeckigen Querschnitt gemäß den vorliegenden Lehren können daher ein verbessertes Aufprall- und Druckenergiemanagement im Vergleich beispielsweise zu Zellstrukturen mit elementaren vieleckigen Zellquerschnitten ermöglichen, einschließlich einfacher viereckiger und sechseckiger vieleckiger Zellquerschnitte, während sie die längenbezogene Masse minimieren, was Lösungen zur Masseneinsparung bereitstellt, die das Fahrzeuggewicht verringern und den neuen Normen der Corporate Average Fuel Economy (CAFE) und Emissionsstandards entsprechen.
Über die erhöhten Fähigkeiten zur Lastaufnahme und Energieabsorption hinaus können die Strukturkomponenten und die Zellstrukturen davon gemäß den vorliegenden Lehren zusätzliche Vorteile oder Vorzüge, wie etwa erhöhte Biegeenergieabsorptionsfähigkeit, bessere produktionsbezogene Machbarkeit, verringerte elastische und plastische Verformung, höhere plastische Verformungsschwelle, örtlich konzentriertere plastische Verformung und bessere Anpassung der Form an die anderen Komponenten der vollständigen Struktur (z. B. wie oben erwähnt ein Fahrzeug), bereitstellen.
Darüber hinaus kann eine Strukturkomponente mit einer Zellstruktur mit untereinander verbundenen Zellen mit einem zwölfeckigen Querschnitt gemäß der vorliegenden Offenbarung außerdem abgestimmt werden, um konkreten Platznutzungsanforderungen für die Verwendung in verschiedenen Strukturen gerecht zu werden. Das Integrieren der Zellstrukturen der vorliegenden Offenbarung in eine Strukturkomponente kann außerdem die Verwendung einer Strukturkomponente ermöglichen, die einen peripheren Querschnitt mit einer einfachen polygonalen Form, wie etwa kreisförmig, oval, dreieckig, quadratisch oder rechteckig, aufweist. Aufgrund der besonderen Form des peripheren Querschnitts wenigstens einiger der Strukturkomponenten kann es einfacher sein, andere Vorrichtungskomponenten an eine Strukturkomponente zu koppeln, damit zu verbinden, daran zu befestigen oder anderweitig anzubringen, die einen elementaren vieleckigen peripheren Querschnitt und eine innere Zellstruktur mit Zellen mit einem zwölfeckigen Querschnitt gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweist. Wenn es sich bei der Struktur um ein Fahrzeug handelt, können andere Strukturkomponenten unter anderem verstärkende Rippen zum Guss- oder Formteilkomponenten, Motor- und Getriebekastenölwannen, Getriebegehäuse, Ansaugkrümmer, Zylinderblocks, Stützlager, Motorlager oder Getriebelager einschließen.
Strukturelle Komponenten und/oder Zellstrukturen davon gemäß den vorliegenden Lehren sind für die Verwendung als Strukturelemente in einer Reihe von Umgebungen berücksichtigt. Beispielsweise in einem Kraftfahrzeug (z. B. einem Auto, LKW, Kleintransporter, Geländefahrzeug, Wohnmobil, Motorrad usw.) ist eine Strukturkomponente und/oder Zellstruktur, wie sie hier offenbart wird, ein Strukturelement, das eine Quetschdose, eine Stoßstange, ein vorderes Horn, eine vordere Schiene, eine vordere Seitenschiene, eine hintere Seitenschiene, eine hintere Schiene, ein Rahmenquerträger, eine Shotgun, eine Scharniersäule, eine A-Säule, eine B-Säule, eine C-Säule, ein Türträger, ein Armaturenträger, ein vorderer Fachkrümmer, ein hinterer Fachkrümmer, ein Haubenverdeck, eine Dachprofilschiene, ein Dachquerbügel, ein Dachlängsbügel, ein Karosseriequerträger, ein Rückseitenquerträger, ein Schweller, ein Unterbodenquerträger, ein Motorraumquerträger, ein Fachblech, eine Tür, ein Boden, eine Ladeklappe, eine Motorhaube, ein Schweller, eine Verkleidungsverstärkungsversteifung, ein Batterieschutzgehäuse, ein Möbelstück, ein luftloser Reifen und eine Rohkarosserie oder wenigstens ein Teil davon ist. Darüber hinaus können die vorliegenden Offenbarungen sowohl auf Fahrzeuge mit der Karosserie in Rahmenbauweise als auch auf modulare Fahrzeuge oder andere Arten von Strukturen angewandt werden.
Die 18 und 19 zeigen einen beispielhaften Fahrzeugrahmen bzw. eine beispielhaft obere Fahrzeugkarosserie, die Strukturelemente aufweisen, für die Strukturkomponenten mit inneren Zellstrukturen, oder eine Zellstruktur allein, mit Zellen verwendet werden können, die einen zwölfeckigen Querschnitt gemäß der vorliegenden Offenbarung aufweisen. 18 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Fahrzeugrahmens 1800 mit mehreren Komponenten, für die oder in denen die Zellstrukturen verwendet werden können. Beispielsweise können die Zellstrukturen gemäß der vorliegenden Offenbarung ein vorderes Horn 1802, eine vordere Schiene 1804, eine vordere Seitenschiene 1806, eine hintere Seitenschiene 1808, eine hintere Schiene 1810 und/oder ein oder mehrere Querträger 1812 bilden oder als ein Teil davon verwendet werden. Gleichermaßen veranschaulicht 19 eine beispielhafte Ausführungsform einer oberen Fahrzeugkarosserie 1900 mit mehreren Komponenten, für die oder in denen die Zellstrukturen verwendet werden können. Beispielsweise können die Zellstrukturen gemäß der vorliegenden Offenbarung als Teil einer Shotgun 1902, einer Scharniersäule 1904, einer A-Säule 1906, einer B-Säule 1908, einer C-Säule 1910, eines oder mehrerer Türträger 1912, eines Armaturenträgers 1914, eines vorderen Fächerkrümmers 1916, eines hinteren Fächerkrümmers 1918, eines Haubenverdecks 1920, einer Dachprofilschiene 1922, eines Dachquerbügels 1924, eines Dachlängsbügels 1926, eines oder mehrerer Karosseriequerträger 1928, eines Karosseriequerträgers 1930 und/oder Schwellers 1932 gebildet oder verwendet werden.
Des Weiteren können die Strukturkomponenten und/oder Zellstrukturen davon gemäß der vorliegenden Offenbarung als Fahrzeugunterbodenkomponenten, z. B. als ein Schweller und/oder ein oder mehrere Unterbodenquerträger, verwendet werden oder einen Teil davon bilden. Außerdem können die verstärkenden Elemente gemäß der vorliegenden Offenbarung als Komponenten des Fahrzeugmotorraums verwendet werden, z. B. als ein oder mehrere Motorraumquerträger, oder einen Teil davon bilden.
Ferner können Zellstrukturen, wie sie hier offenbart werden, in eine Fahrzeugstruktur als eine Ergänzung zum Rahmen, eine Quetschdose, Säule, Tür, Dachprofilschiene, Motorhaube, und/oder Schwellerkomponenten eines Fahrzeugs in Form eines Aufprallenergieabsorbers integriert sein, der innerhalb, an oder um einen Rahmen, eine Quetschdose, Säule, Tür, Dachprofilschiene, Motorhaube und/oder eine Schwellerkomponente herum angebracht ist. Beispielsweise kann in einem Aufpralltest mit geringer Überdeckung und starrem Hindernis (Small Overlap Rigid Barrier (SORB)) eine Zellstruktur außen und/oder innen an einem vorderen Schweller und/oder einer Scharniersäule angebracht sein, um Aufprallenergie zu absorbieren und das Eindringen in die Scharniersäule, den Schweller, die vordere Tür und die Fahrgastzelle zu reduzieren. Insbesondere kann wieder unter Bezugnahme auf 19 in einer beispielhaften Ausführungsform eine Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung an oder neben der Stelle 1950 vor einem vorderen Ende des Schwellers 1932 positioniert sein. Beispielsweise kann eine Zellstruktur ein Reifenblocker und/oder eine Karosseriekontaktfläche (d. h. eine Halterung) sein oder in diese integriert sein, die an oder nahe der Stelle 1950 positioniert sind, um Aufprallenergie zu absorbieren und Eindringen des Reifens und/oder anderer Fahrzeugkomponenten in die Scharniersäule 1904, den Schweller 1932, die vordere Tür, die vordere Armaturentafel und die Fahrgastzelle zu reduzieren. (Ein) Beispielhafte(r) Reifenblocker (z. B. „ein hinterer Blocker 200“) und (eine) beispielhafte Karosseriekontaktfläche(n) (z. B. die „Halterung 100“) sind z. B. in U.S. Patent Nr. 9,365,245 dargestellt, das durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Die in U.S.-Patent Nr. 9,365,245 offenbarten Strukturen sollen lediglich als Beispiel dienen und viele andere Strukturen können verwendet werden, wie es sich für den Fachmann versteht.
Bei einem schrägen oder senkrechten Pfahlaufprall kann die Zellstruktur außerdem innerhalb, an oder um verschiedene Komponenten einer oberen Fahrzeugkarosserie herum, darunter einen mittleren Schweller, einen mittleren Rahmen, eine Seitentür, eine B-Säule oder eine Dachprofilschiene, angebracht sein, um die seitliche Aufprallenergie zu absorbieren und Insassen durch Abmildern des Eindringens in die Seitentür und Fahrgastzelle zu schützen. Es ist ebenso berücksichtigt, dass eine Zellstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung innerhalb, an oder um verschiedene Komponenten eines Fahrzeugrahmens herum angebracht sein können, um seitliche Aufprallenergie zu absorbieren und das Eindringen in die Seitentür und die Fahrgastzelle während eines schrägen oder senkrechten Aufpralls, wie etwa eines seitlichen Pfahlaufpralls, abzumildern. Beispielsweise unter Bezugnahme auf 18 ist berücksichtigt, dass eine Zellstruktur, wie sie hier offenbart wird, innen an einer Seitenschiene eines Fahrzeugrahmens, wie etwa einer vorderen Seitenschiene 1806 und/oder einer hinteren Seitenschiene 1808, angebracht sein kann.
Bei einem Zusammenstoß mit einem Fußgänger kann die Zellstruktur ein Teil des Motorhaubenaußenblechs sein oder unter der Motorhaube als ein Motorhaubeninnenblech angebracht sein, um die Aufprallenergie zu absorbieren und den Fußgänger zu schützen. Bei einem frontalen Aufprall kann die Zellstruktur ein Teil einer vorderen Schiene (eine Quetschdose für ein modulares Fahrzeug) oder innen an der vorderen Schiene (oder Quetschdose) befestigt sein, um die Aufprallenergie zu absorbieren, seitliches Biegen zu minimieren, den Abbremsimpuls zu verbessern und das Eindringen in die Fahrgastzelle zu reduzieren.
Zusätzlich können Zellstrukturen, wie sie hier offenbart werden, in Innenkomponenten eines Fahrzeugs integriert sein. Beispielsweise können die Zellstrukturen als Verstärkung für eine Mittelkonsole, ein HLK-System und Luftkanalkomponenten, Stoßstangenverkleidungen, Stoßstangenenergieabsorber, Motorhaubeninnenbleche, Kühlergrillöffnungsverstärkungen, ein Aufbewahrungsfach, Armlehnen, Türverkleidungen, Säulenverkleidungen, Ladeklappenverkleidungen, Innenwandverkleidungen, Instrumententafelverkleidungen und Autohimmel dienen.
Je nach Anwendung weisen die Zellen der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verschiedene Formen (d. h. verschiedene Querschnitte) auf, um spezifischen räumliche Zwängen der Zellstruktur und der Strukturkomponenten Rechnung zu tragen. Wenn sie als eine vordere Schiene des Fahrzeugs verwendet werden, beispielsweise um ein besseres axiales Quetschverhalten zu erreichen, können die Längen und/oder Dicken der Seiten abgestimmt werden, um optimale Festigkeit, Größe und Form bereitzustellen, um den Zwängen des Motorraums Rechnung zu tragen.
Weitere Modifikationen und alternative Ausführungsformen verschiedener Aspekte der vorliegenden Lehren erschließen sich dem Fachmann angesichts dieser Beschreibung.
Es versteht sich, dass die spezifischen Beispiele und Ausführungsformen, die hier dargelegt sind, nicht einschränkend sind, und Modifikationen der Struktur, Abmessungen, Materialien und Methodik vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Lehren abzuweichen.
Insbesondere erschließt sich dem Fachmann, dass eine Zellstruktur mehr als einen Abschnitt oder Teil einschließen kann, wobei jeder Abschnitt oder Teil eine oder mehrere der Variationen der Zellstrukturen aufweist, die gemäß der vorliegenden Offenbarung gelehrt werden. Die Variation(en) kann (können) durchgängig oder intermittierend entlang der Länge jedes Längsabschnitts erfolgen. Mit anderen Worten sind Zellstrukturen, die Kombinationen aus einer oder mehreren der obenstehenden Variationen an den offenbarten abstimmbaren Parametern ausführen, die nicht veranschaulicht oder ausdrücklich beschrieben wurden, ebenso berücksichtigt. Zusätzlich kann eine Strukturkomponente mehr als eine der Zellstrukturen gemäß der vorliegenden Offenbarung einschließen, die darin benachbart oder voneinander beabstandet angeordnet sind.
Dem Fachmann erschließt sich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an den Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Lehren abzuweichen. Andere Ausführungsformen der Offenbarung werden sich dem Fachmann durch die Betrachtung der Patentschrift und die Ausübung der hier offenbarten Lehren ergeben. Es ist beabsichtigt, dass die hier beschriebene(n) Patentschrift und Ausführungsformen nur als beispielhaft aufzufassen sind.
Im Sinne dieser Patentschrift und der beigefügten Patentansprüche versteht sich, dass, sofern nicht anders angegeben, alle Zahlen, die Mengen, Prozentsätze oder Proportionen ausdrücken, und andere numerische Werte, die in der Patentschrift und den Patentansprüchen verwendet werden, in allen Fällen von dem Ausdruck „etwa“ modifiziert werden, sollten sie nicht schon derart modifiziert worden sein. Dementsprechend handelt es sich bei den numerischen Parametern, die in der folgenden Patentschrift und den beigefügten Patentansprüchen dargelegt sind, sofern nicht das Gegenteil angegeben ist, um Annäherungen, die je nach den gewünschten Eigenschaften, welche erhalten werden sollen, variieren können. Zumindest und nicht als Versuch, die Anwendung der Lehre von gleichwertigen Ausgestaltungen auf den Schutzumfang der Patentansprüche einzuschränken, sollte jeder numerische Parameter mindestens angesichts der Anzahl gemeldeter signifikanter Stellen und durch Anwendung gewöhnlicher Rundungstechniken ausgelegt werden.
Ungeachtet dessen, dass die numerischen Bereiche und Parameter, die den weiteren Geltungsbereich der vorliegenden Lehren darlegen, Näherungen sind, sind die numerischen Werte, die in den spezifischen Beispielen dargelegt sind, so genau wie möglich angegeben. Numerische Werte enthalten jedoch grundsätzlich bestimmte Fehler, die zwangsläufig aus der Standardabweichung resultieren, die in den jeweiligen Testmessungen vorkommt. Darüber hinaus sollen alle hier offenbarten Bereiche jegliche darin gefassten Teilbereiche einschließen.
Es ist anzumerken, dass die Singularformen „ein“, „einer/eine/eines“ und „der/die/das“ und die singularische Verwendung eines beliebigen Worts, wie sie in dieser Patentschrift und den beigefügten Patentansprüchen verwendet werden, Pluralbezüge beinhalten, sofern sie nicht ausdrücklich und unzweideutig auf einen Bezug beschränkt werden. Wie hier verwendet sollen der Ausdruck „beinhalten“ und seine grammatischen Varianten nicht einschränkend sein, derart, dass das Aufführen von Punkten in einer Liste nicht für den Ausschluss anderer ähnlicher Punkte, die von den aufgelisteten Punkten entfernt oder zu diesen hinzugefügt werden können, steht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9365245 [0125]

Claims

Zellstruktur, umfassend: eine Vielzahl von Zellen, wobei jede Zelle aus der Vielzahl von Zellen einen zwölfeckigen Querschnitt hat, der acht Seiten, die jeweils eine erste Querschnittslänge aufweisen, und vier Seiten aufweist, die jeweils eine zweite Querschnittslänge aufweisen, die sich von der ersten Querschnittslänge unterscheidet.
Zellstruktur nach Anspruch 1, wobei die zwölf Ecken acht Innenwinkel und vier Außenwinkel umfassen.
Zelluläre Struktur nach Anspruch 2, wobei: jeder der acht Innenwinkel ungefähr ein rechter Winkel ist; und jeder der vier Außenwinkel ungefähr ein rechter Winkel ist.
Zelluläre Struktur nach Anspruch 1, wobei: jede der Seiten des Querschnitts im Wesentlichen gerade ist; und die Querschnittsdicken der Seiten des Querschnitts im Wesentlichen gleich sind.
Zellstruktur nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis der ersten Querschnittslänge zur zweiten Querschnittslänge im Bereich von etwa 2:1 bis etwa 10:1 liegt.
Zellstruktur nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis der ersten Querschnittslänge zur zweiten Querschnittslänge bei etwa 2:1 liegt.
Zellstruktur nach Anspruch 1, wobei jede Zelle aus der Vielzahl von Zellen ferner eine Vielzahl von Wänden umfasst, wobei jede Wand aus der Vielzahl von Wänden eine Länge aufweist, die sich zwischen Längskanten der jeweiligen Wand erstreckt, wobei Schnittstellen der Längskanten der Vielzahl von Wänden die zwölf Ecken des zwölfeckigen Querschnitts definieren.
Zelluläre Struktur nach Anspruch 1, wobei die Zellstruktur aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe, bestehend aus Stahllegierungen, Titanlegierungen, Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen, Nylons, Polymeren, Kunststoffen, Verbundwerkstoffen, faserverstärkten Verbundwerkstoffen, Silikon, Halbleitern, Papieren, Gummi, Schäumen, Gelen, Hölzern, Kork, Formgedächtnismaterialien und Kombinationen davon, ausgewählt ist.
Zelluläre Struktur nach Anspruch 1, wobei die Zellstruktur durch Pressen, Biegen, Formhärten, Hydroforming, Abformen, Gießen, Extrusion, Walzprofilieren, Zerspanen, Schmieden, 3D-Druck oder einer Kombination davon gebildet wird.
Zellstruktur nach Anspruch 1, wobei eine oder mehrere Zellen mindestens teilweise mit einem Füllmaterial gefüllt sind.